周培公幼年丧父，十岁时，李自成进攻荆郢间，其母孙夫人殉难而死，周培公落魄无依。成为州卒小吏，不久依附显赫者进入京城，担任内阁供奉。
康熙十三年（1674年）腊月，吴三桂发动三藩之乱，策动陕西提督王辅臣在北方反叛呼应。在耿精忠、王辅臣先后发动叛变后，吴三桂曾试图应援、打通与耿、王的联络，使叛乱地区联成一片，迅速压缩对清军的包围圈。康熙帝看清了吴三桂的战略意图，派出署兵部事的东阁大学士黄锡衮。与周培公一道毫不迟缓地调遣大军，从江西、浙江、陕西、甘肃等地阻击吴军，围剿耿、王叛军。当时的西部战场—陕甘地区，为西北边防重地，又近京师；而对朝廷构成直接威胁的主要是王辅臣的叛军，因此，康熙帝把注意力集中放在西部战场，以恩威并用、剿抚结合的手段，力图尽快扑灭王辅臣的叛乱。
康熙十五年（1676年），康熙帝任命图海为大将军，统辖陕甘征讨大军。王辅臣拥兵自重，以骁勇善战闻名，清将都有点怕他，不敢轻易进兵，他也没把清兵放在眼里，对10万清军围困毫无惧色，目空一切。
图海一到平凉，诸将勇气顿增，纷纷请命攻城。周培公向图海上取平凉策，被召为幕僚，他认真分析了当时的形势提出，陕西关中地区是天下脊梁，吴三桂这次造反不及时从云南取道四川进取陕西，而盘踞在湘鄂之间与荆襄官兵对峙，实在太不会算计。现在，王辅臣起来造反，举足轻重，但他的反叛，是情势所逼和舍不得高官厚禄，这好比白内障患者渴望重见光明，又恰似半身不遂者企求站立行走。如果朝廷派个能说会道的人前去劝诫，王辅臣必然会悬崖勒马，投降朝廷。这样也就用不着兴师动众与他们硬碰硬了。图海闻周培公之言，正中下怀，可是眼前并无合适的人可派。
王辅臣手下参将黄九畴、布政使龚荣遇（周培公奶娘龚嬷嬷的儿子）与周培公均是同乡，曾屡劝王辅臣归降，王举棋不定。他们设法将内部情况写成文字，用蜡丸封闭，密送周培公。周培公利用这一有利条件，自告奋勇，主动请缨，愿冒死进城劝降，说：“如果前去说服了王辅臣，那是大学士的福份；如果遭到不测，自己则死而无怨。”
图海闻听此事后十分高兴，星夜赶写奏本送至京城。康熙皇帝当即传谕周昌进京，并亲自在乾清宫召见。听完周培公的设想后，康熙帝嘉封周培公为参议道台、衔一品，赐穿黄马褂，携带谕降诏书，前往平凉招抚。
图海命周培公携带康熙帝赦诏，再次进城抚慰。王辅臣派龚荣遇率士民代表出城，向图海献平凉名册，其子王吉贞及总兵等上缴吴三桂投递的函札及“平远大将军印”、“陕西东路总管将军印”各一颗，接受清廷招抚。
平定王辅臣陕甘叛乱，不仅解除了朝廷的重大威胁，而且剪除了吴三桂在西北的羽翼。朝廷对参战的汉将分别论功行赏，委以重任，多方鼓励和奖赏，使他们忠心耿耿为朝廷效力。周培公对奖赏只有一个要求：母亲孙氏以父死殉节，望皇上能为母请旌。图海奏请康熙皇帝升任周培公为山东登莱道，并对周培公母亲孙氏予以嘉封。
康熙十五年（1676年），朝廷诰封其母孙氏为贞烈恭人，加赠夫人衔。其父封赠为朝烈大夫，加赠中奉大夫衔。康熙皇帝还亲自御笔为孙氏撰写祭文，规定了祭祀规格，命布政司堂上官分守武昌道参政吴毓珍办理。周培公在家守孝三年，后到山东任职，因与总兵官意见不合，难以继续共事，仅在任三年，便辞官回到荆门家乡。
康熙二十九年（1690年），西北蒙古族首领噶尔丹率众反清。赋闲在家的周培公仍不时关注朝廷政事，希望复起，闻讯后连忙赶写平叛“条呈”送到京城，亦被康熙帝采纳，任命周培公为盛京（今沈阳）提督，负责戍边。
康熙四十年（1701年），卒于任上。
周培公一生写过不少诗，曾在当时广泛流传。在其陕西军旅时写有：“老去辞家事远游，幽年何故久淹留，燕关秦塞长为客，露竹蝉风早报秋。半壁灯昏人破梦，一声鸡唱月当楼。此时离愁添多少，不见归鞍到郢州。”晚年，他写有一首诗寄朋友、兵部左侍郎张可前，诗云：“青山作障水环洲，遥念名园花事稠。别后孤舟对明月，归来卧病又新秋。门无剥啄皆因懒，邑有流亡徒抱愁。何会与君重会面，晚风同上仲宣楼。”周培公的著作，被收入《介庵草》。
《清史稿》：（周培公）好奇计。
图海：为母舍身之孝，为国忘躯之忠。
