早年
伍廷芳新加坡出生，三歲時隨父親回中國，在廣州讀書。太平天國起後，1856年十四歲時轉往香港求學，在香港聖保羅書院就讀。畢業後於香港的高等法院、地方法院等任翻譯。1874年自費赴英國留學，在林肯法學院攻讀法律。1876年獲得大律師資格，之後回香港執業，是香港首名華人大律師。1878年獲港督軒尼斯委任為首名華人太平紳士，1880年獲任為前香港定例局首位華人非官守議員。
進入中國政壇
1882年，伍廷芳接受直隸總督兼北洋大臣李鴻章的邀請，任洋務委員，成為李鴻章的幕僚。其間曾參與中法和約、馬關條約等的商議，亦曾任中國鐵路公司總辦等職。1896年奉命出使美國、西班牙、秘魯等國，當中以留在美國時間最長。1902年伍廷芳回中國，與沈家本同任法律修訂大臣。之後至1906年期間，擬訂了中國最早的商業法；提出廢除凌遲等酷刑；並按歐美等國辦法起草訴訟法，建議使用陪審團制度。1907年，伍廷芳再次出使美國、墨西哥、秘魯及古巴，在美洲目睹主張推翻滿清的高漲革命浪潮。1910年回中國後寓居於上海。
1911年辛亥革命後，伍廷芳支持革命，於12月的南北議和中代表南方軍政府。1912年1月1日民國建立後，任南京臨時政府司法總長。4月袁世凱掌權後，伍廷芳離職，再寓居上海。1916年6月袁世凱死後，黎元洪為總統。伍廷芳出任段祺瑞總理政府的外交部長。次年發生「府院之爭」，段祺瑞被黎元洪解除職務後，伍廷芳一度出任代理總理。後來段祺瑞專權，伍廷芳於1917年12月追隨孫中山先生前往廣州，出任護法軍政府的外交部長。及後伍廷芳一路追隨孫中山。1921年孫中山於廣州就任非常總統，伍任外交部長，兼財政部長、廣東省長；更曾一度任代行非常總統。1922年6月23日病逝廣州。
伍朝樞為伍廷芳之子，亦是民國時期的外交家，曾出任國民政府駐美國大使。
