早年經歷
清光緒三十年(1904年)留學日本，就讀於東京明治大學。時值孫中山流亡日本，單加入了興中會，並任孫中山秘書兼日語翻譯。數年後，單志伊輟學回國，先後在蕪湖、安慶等地興辦肥皂廠和造紙廠。不久兩廠相繼倒閉，單志伊再次東渡日本留學。民國3年(1914年)秋學成回國，受潘贊化、柏文尉、詹月甫等留日同學舉薦，先後在山東埕子口關、安徽黎霞關、珍珠關、蕪湖關等海關任關長、監督等職。單志伊在蕪湖期間，被聘為蕪湖警察局顧問。民國23年，單志伊應留美回國的實業家唐景周之邀，到上海籌建大公布廠，暗中接濟共產黨人。民國26年，李克農至單家，經與單商量，舉家遷往福熙路(延安中路)多福里21號住宅，以此宅秘密作為八路軍駐滬辦事處，樓下辦公，樓上住單志伊一家5口人及李克農全家。後又遷至貝勒路(今黃陡南路148號)的一幢三層小樓內。中共秘密電台曾先後兩度設於此樓。上海解放後，黨和地方政府妥善安排單志伊一家人生活，批發的慰問金500萬元(舊人民幣)。
加入同盟會
單志伊於1904～1914年留學日本。在東瀛求學期間他結識了當時正在日本為革命奔走的孫中山先生。
1905年8月13日,孫中山先生在日本東京舉行了一場聚會,大約有兩三千多人參加,單志伊與汪雨相、李譽龍、姚煥、許成才、詹月甫等人早早來到了會場.孫中山先生髮表了激奮人心的演講,對中國革命深入考證,用層層剝筍的方法,言明民主革命的必要性和重要性,贏得了長時間的鼓掌和歡呼.這場聚會為同盟會的成立奠定了一定的民眾基礎,8月20日,中國在東京赤坂區頭山滿的一座民宅中宣告成立.
1904年,單志伊懷著學習救國本領的願望登上開往日本的航船,開始了留學艱苦生涯.與他同宿舍里住著另一位安徽同學汪雨相,兩人既是親戚（單志伊後娶汪雨相堂妹汪久芝）又是同學,並且兩人分別是舉人和秀才,憑著考上官費留學,一個是師範速成班學生,一個是學習商科,兩人同樣胸懷報國大志,目標明確,所以無言不談,無話不說.
在日本的那段時間裡,單志伊與汪雨相通過參加聚會,聽演講,與同盟會的首領人物接觸增多,接受的革命思想也隨之增多.同班同學李譽龍送來兩本陳天華寫的小冊子:一本是《猛回頭》一本是《警世鐘》.單志伊和汪雨相兩人如旱地遇甘露,如獲至寶地仔細閱讀.陳天華是中國同盟會籌備組的重要成員,見汪雨相能寫、會寫,就將汪舉薦給孫中山當秘書,而單志伊也成了孫中山在日期間的日語翻譯兼秘書.
清廷派駐日本的學監把學生們在日本的一系列反清舉動上奏朝廷,清朝政府立即派人和日本方面商量對策,隨後日本文部省就頒布了《取締清韓留學生規則》.明治大學經緯學堂的近百名中國留學生在李譽龍等組織下,聯名向日方遞交抗議書,日方則常動用軍警對付學生.當年12月,陳天華、秋瑾等人組織了留日學生大罷課,陳天華為抗議日方的《取締清韓留學生規則》而投海自殺,最終日方被迫取消了《取締清韓留學生規則》.單志伊和汪雨相自始至終參加了這次鬥爭,汪雨相還擔任了此次行動的糾察隊長.12月4日晚,李譽龍來到單志伊宿舍,將兩份印好的表格遞到單志伊與汪雨相的手中,吸收二人為中國同盟會會員。
實業救國
回國後，他先在安慶興辦造紙廠和肥皂廠，企圖借實業救國，以後又移居蕪湖。1927年初，蕪湖市警察局長喻為樵聘請單志伊為警察局顧問。 之後在上海興建大公布廠。
接濟共產黨人
抗戰及解放戰爭時期資助共產黨人李克農、宮樵岩、錢杏邨、劉少文、吳克堅和掩護李白、鄧國軍、林影等設立地下電台。
合作研究
後來單志伊全家遷居上海，當時李克農、宮喬岩等均在上海從事黨的地下工作。每當他們急需活動經費時，單志伊無不解囊相助，最後直至將住所的家具和西服變賣，來貼補革命的需要。
“永不消失的電波”原型
1937 年，李克農任八路軍駐上海辦事處處長時，單志伊曾將家從原住址搬至福熙路多福里21 號（今延安中路504弄），與李克農一家合住在辦事處的樓上，支持革命工作。兩個月後，他又根據李克農的指示，將家搬至貝勒路（今黃陂南路）148號。這是一座單間三層臨街小樓，底層由單志伊的兒子單惠民開設診所作掩護，二樓家居，三樓由李克農安排設立了秘密電台，報務員李白（即電影《永不消逝的電波》中的主人公李俠的原型）。當李白初次來到單家時，單惠民對家裡人說：“他（即李白）是我們的遠親，來上海補習無線電，晚上要讀書，你們不要去影響他。”李白把收發報機裝在兩隻皮箱內，白天放在二樓，和單家的皮箱混在一起，晚上11點後再拎上三樓，緊閉門窗，掛上雙層深色窗簾，換上五瓦燈泡，燈泡周圍再蒙一塊黑布。機器打開後，再在電鍵頭上插入一張薄紙片，以減小“嘀嘀嗒嗒”的發報聲。就這樣，單家冒著生命危險，掩護李白在靠近霞飛路鬧市地段的法租界嵩山巡捕房附近，設立了李白到上海後的第一部電台。後來因情況有變，李克農才指揮李白另遷別處。
李克農等人自1927 年4 月18日得到單志伊的通風報信後，離開民生中學，來到蕪湖對江的裕溪口。他們僅在此呆了兩天，便被迫再次逃離。
