周亮工祖居金溪栎林（今合市乡），后其父周文炜迁河南祥符（今开封市），故以先世常居栎下而自号“栎园”，以志不忘，学者称之曰“栎园先生”。曾自题有《寄籍祥符》诗（《江西诗征》卷65/35）。王士祯等所撰史料中，都称其为金溪人（《渔洋山人感旧集》）卷5/11）。又迁南京。
周亮工于明万历四十年（1612）生于南京。周亮工出身书香门第，父周文炜，国子监监生，曾任浙江诸暨县主簿。周亮工年少随父出游，广交朋友。明崇祯十三年（1640）中进士。次年（1641）进入仕途，为山东潍县令，守城有功，“举天下廉卓，行取入京师。”崇祯十七年（1644），迁浙江道监察御史。李自成破京师，投缳自杀，为家人所救。顺治二年（1645）“豫亲王多铎兵下江南，亮工诣军门降。”以御史职为清军招抚两淮，后改任两淮盐运使。
顺治三年（1646），擢升淮扬海防兵备道参政。顺治四年（1647）擢为福建按察使，兼摄兵备、督学、海防三职。参与镇压福建反清起义，并兴建建诗话楼，祀宋严沧浪其上，召邑诸生能诗者益日与倡和。顺治六年（1649），周亮工升任福建右布政使。当时两广未定，清廷拟调其前往广东，有人认为周亮工“治闽久，得闽人心；闽未大定，未可去闽”。遂留任。顺治七年（1650）七月，周亮工代理建南道，招抚农民军首领曾省，瓦解汀州反清武装。顺治八年（1651）秋，赴延平，代理延建道。为平叛乱，周亮工单骑入邵武叛兵营，招降首领耿虎；随后，又镇压建宁陈和尚、延平吴赛娘的抗清队伍。顺治九年（1652），郑成功部围攻漳州，城内绝粮，周亮工临危受命，代理漳巡道，从戈戟林中破围入漳，协助守城。漳州解围后，城厢内外尸骸狼藉，周亮工捐赀收埋遗骸十余万具，发粮煮粥供应饥民，并赎回被清军掳掠的良家子女千余人。顺治十年（1653），调署兴泉道。当时，福建总督刘清泰因兴泉沿海14寨接济郑成功，准备发兵剿灭。周亮工极力劝止，使百姓免遭涂炭。同年夏天，周亮工升为福建左布政使，为清初汉人受左布政使职之第一人。上任后，即在衙堂上大书：“收银不用火耗，发银即是原封”；“批到即收银，收完即领批”。
顺治十一年（1654）正月，周亮工奉调入京，任都察院左副都御史；六月，升户部总督钱法右侍郎；不久，又擢为吏部左侍郎。针对福建军事形势，周亮工奏陈6项策略，要求协调浙江、广东、福建三省对郑成功的军事部署；增设水师，驻防海口；停止招抚郑成功，斩郑芝龙等。其意见与福建总督所行政策相左，郑芝龙对之恨之入骨。顺治十二年（1655）七月，福建总督佟代上章弹劾周亮工在镇压南社、西社、兰社一案时“滥杀无辜”，并贪污4万余两银子。奏上，周亮工被解职回闽候审。对质时，所谓“贪污”皆属子虚，而福建吏民为周亮工诉冤者，“日以百千计”。顺治十三年（1656）秋，郑成功大军奇袭福州，“城中疲卒不盈千，军储无十日饷”。巡抚宜永贵急从狱中请出周亮工，命防守城防要冲射乌楼。周亮工“亲发巨炮”，拼死抵挡郑军进攻；又向宜永贵献计，抄后路夜袭郑军。结果，郑军退屯闽安，福州之围遂解。由于周亮工戴罪立功，且所参罪状皆无实据，在宜永贵默许下，主审人田缉馨等6人拟为之翻案。然而，继任巡抚刘汉祚以为田缉馨等有受贿嫌疑，维持原议，报刑部复审。顺治十七年（1660），周亮工被定罪，原定“立斩籍没”，后减等改徙宁古塔，未行，又遇赦获释。
康熙元年（1662）十月，以佥事起用补山东青州海防道，康熙五年（1666）调江南江安粮道，康熙六年(1667年)，代理安徽布政使；不久，篆江宁粮署。康熙八年(1669）漕运总督帅颜保劾亮工纵役侵扣诸款，得旨革职逮问论绞。康熙九年（1670）复遇赦得释，晚年有焚书之举。康熙十一年（1672）六月二十三日卒于南京。《清史列传》列入贰臣传。