韦伦是开元、天宝年间朔方节度使韦光乘之子。年轻时以祖荫积官被授予蓝田县尉之职。因为担任吏职勤恳认真，杨国忠命他暂署铸钱内作使判官。杨国忠恃宠专权，又希求名声，大多征召各州县农民，让他们铸钱，农民既不是本行当的工匠，被差遣他们的人逼着服役，多数遭受鞭打责罚，人人都过不下去。韦伦对杨国忠说：“铸钱须得本行当的手艺人，如今逼着一般农民干这种活，特别费力却没有效果，人们还会生出议论。请公开在市面上以优价招募懂得这种手艺的人干这活。”从此被强派来服役的人减少了，铸的钱数却增加了。天宝末年，皇宫内土木营造的工程一天都没有停止过，那些营造的工头、官员狼狈为奸，韦伦便亲自监督视察，节省许多钱使耗费减少了一半。改任大理寺评事。
当时正值安禄山谋反，皇上的车驾去蜀州，封韦伦为监察御史、剑南节度行军司马，兼充置顿使判官，随后又改任屯田员外郎兼侍御史。这时内监和禁军相继到达蜀州，他们到处侵害地方，人们都说难以治理他们。韦伦带头以清廉简朴影响他们，蜀州地区都仰赖他而得到治理。但韦伦竟遭到太监的谗言诽谤，被贬职为衡州司户。适值京都、河南都陷落于贼军之手，漕运的水路被阻断了，度支使第五琦推荐韦伦有治理地方的才能，朝廷授予韦伦商州刺史之职，并充任荆襄等道租庸使。正遇襄州的偏将康楚元、张嘉延聚合部众叛乱，凶暴的党徒达一万多人，自称为东楚义王，襄州刺史王政弃城逃走。张嘉延又向南进军攻破江陵，汉水、沔水的粮食运输被阻断，朝廷缺粮。韦伦便调动军队驻扎在邓州边界，贼军有来投降的必定给优厚的接待。几天以后，康楚元的部众就比较松懈了，韦伦进军对贼党进行攻击，活捉康楚元献给朝廷，其余的部众全部逃散，这次行动共收取租庸钱物将近二百万贯，并无遗漏。荆州、襄州二州平定。皇上下诏授予崔光远襄州节度使，征召韦伦为卫尉卿。十天以后，韦伦又以本职兼任宁州刺史、招讨处置使等，随即又兼任陇州刺史。
乾元三年(760)，襄州大将张瑾杀害节度使史岁羽作乱，朝廷即任命韦伦为襄州刺史、兼御史大夫及山南东道、襄州、邓州等十州的节度使。当时李辅国掌权执政，节度使的任命都出自他的门下。韦伦既然是被朝廷公开任用的，私下里又不拜见李辅国，因而韦伦接受任命还没有上路，又被改任为秦州刺史，兼任御史中丞及秦州防御使。当时吐蕃族、党项族年年入侵，边防的将士疲于奔命尚且来不及。韦伦到达秦州以后，多次和敌人作战，因为兵少又缺乏后援，以致多次失败，接连被贬为巴州长史、思州务川县尉。
代宗即位之后，起用韦伦为忠州刺史，又历任台州、饶州二州刺史。因为太监吕太一在岭南假传皇上的诏命作乱，朝廷任命韦伦为韶州刺史，兼任御史中丞和韶州、连州、郴州三个州的都团练使。后来吕太一以贿赂实行反间计，韦伦被贬为信州司马、虔州司户、隋州司户、隋州司马。后来被赦免，在洪州旅居十多年。
德宗即位，要挑选一个能够出使极远地域的人，召回韦伦，拜他为太常寺少卿兼御史中丞，持节旄充任通好吐蕃的使臣。韦伦到达吐蕃，首先宣示皇帝的恩宠，其次叙说国家的威力，以及德政远扬的情况，吐蕃人非常高兴，国王献上当地特产。出使回朝，升任太常寺卿兼御史大夫，加授银青光禄大夫。后来再次入吐蕃，奉命出使的情况既使皇上满意，又使西蕃尊敬佩服。韦伦曾就朝廷的得失多次上疏谈及。然而韦伦又被宰相卢杞所厌恶，改任太子少保，积官加授为开府仪同三司。泾州军队作乱时，皇上来到奉天。等到卢杞、白志贞、赵赞等人贬官降职，关播被罢免宰相而担任刑部尚书时，韦伦在朝堂上呜咽着说：“当宰相的不能辅佐朝廷以使其和谐，向皇上开诚布公地进行忠告，使国家落到这个地步！还要当尚书，天下怎能治理得好呢！”听到这话的人对他又尊敬又畏惧。跟随皇上到梁州，返回京师以后，皇上又想提升、任用卢杞为饶州刺史。韦伦又奉上表章，恳切地提出不可任用卢杞，深为忠良正直的人士所称赞、叹赏。因为已经年过七十，韦伦上表请求辞官，朝廷改任他为太子少师让他离任，封他为郢国公。当时李楚琳以仆射兼任卫尉卿，李忠诚以尚书兼任少府监。韦伦上奏说：“李楚琳凶横悖逆，李忠诚是个胡人丑类，不应当担任重要的官职。”又上表请求设置义仓以预防水旱灾荒，选择贤良的官员在皇上身边任职；又说吐蕃必然不守信义诺言，必须特别进行防备，不可轻视他们。皇上总是很友善地对待他。韦伦在家中孝顺友爱，以慈爱地抚育弟弟、侄儿著称。贞元十四年(798)十二月去世。时年八十三岁。朝廷追赠他为扬州都督。