Ông sinh năm Cảnh Hưng thứ 18 (Đinh Sửu, 1757) tại thôn Yên Hội, xã Yên Đồng, tổng Việt Yên, huyện La Sơn, phủ Đức Thọ, tỉnh Nghệ An (nay là xã Tùng Ảnh, huyện Đức Thọ, tỉnh Hà Tĩnh).

Họ Bùi của ông vốn là một dòng họ có nhiều người đỗ đạt làm quan, lại có tiếng văn chương ở thôn Yên Hội. Cha ông là Bùi Quốc Toại, đỗ Cử nhân, từng làm Tri phủ Thiệu Thiên (Thanh Hóa) thời Hậu Lê.

Thuở nhỏ, Bùi Dương Lịch học ở nhà với cha. Năm 1774, ông đỗ Hương cống lúc 17 tuổi. Sau đó, ông ra Thăng Long vừa dạy tư vừa tập luyện văn bài ở Quốc Tử Giám, dần nổi tiếng là người hay chữ.

Năm 1786, ông được bổ làm Huấn đạo phủ Lý Nhân, nhưng vì có tang cha nên từ chối. Khi hết tang, ông lại ra Thăng Long học tiếp.

Lúc này cục diện đất nước hết sức rối ren. Kể từ tháng 10 năm 1872, nạn kiêu binh thực sự trở thành quốc nạn. Đến giữa năm 1786, sau khi phong trào Tây Sơn làm chủ Đàng Trong đã nhanh chóng tiến ra Đàng Ngoài tiêu diệt phe chúa Trịnh. Nhưng sau khi quân Tây Sơn rút về Nam, việc tranh chấp quyền hành giữa vua Lê và chúa Trịnh lại diễn ra quyết liệt. Triều đình nhà Hậu Lê bèn xuống chiếu cầu người tài giỏi, Bùi Dương Lịch nhân đó được tiến cử [3] và được vua Lê Chiêu Thống cho làm Nội hàn viện cung phụng sứ ngoại lang (chỉ là một chức quan văn nhỏ ở gần vua, để vua tiện hỏi han)[4]. Ngoài việc làm này, ông còn lãnh nhiệm vụ đến nhà riêng của Điền quận công Lê Duy Lựu (em ruột vua) để giảng giải kinh sách. Sau đó, ông được chuyển làm một vài công việc khác, rồi được quản lĩnh đội quân Hậu Thắng [5].

Tháng 7 năm Chiêu Thống thứ 1 (1787), ông thi đỗ Hoàng giáp lúc 30 tuổi (đây là khoa cuối cùng của triều Lê)[6], nhưng chưa kịp thăng quan và cưới Công chúa (vua Lê Chiêu Thống hứa gả)[7] thì quân Tây Sơn do tướng Vũ Văn Nhậm chỉ huy kéo ra Thăng Long, giết chết Nguyễn Hữu Chỉnh, khiến vua Lê Chiêu Thống hoảng hốt bỏ đi bôn tẩu khắp nơi, rồi cho người sang cầu viện nhà Thanh (Trung Quốc). Lúc bấy giờ, ông chạy vào Thanh Hóa [8].

Tháng 10 năm Mậu Thân (1788), hàng vạn quân Thanh do tướng Tôn Sĩ Nghị chỉ huy đưa vua Lê về lại Thăng Long. Tháng giêng năm Kỷ Dậu (1789), vua nhà Tây Sơn là Quang Trung (Nguyễn Huệ) kéo quân ra Bắc Hà, đánh tan cả đội quân ấy, khiến nhà vua phải chạy sang Trung Quốc. Theo Bùi gia phả, thì lúc bấy giờ Bùi Dương Lịch chạy lên Lạng Sơn để theo vua, nhưng đi được mấy dặm đường thì bị chặn lại, nên đành rẽ sang Thái Nguyên rồi quay về Thăng Long[9].

Theo Ốc lậu thoại do ông viết, thì năm Canh Tuất (1790), ông được vua Quang Trung gọi vào Phú Xuân [10], nhưng đã từ chối, lấy cớ phải ở nhà nuôi dưỡng mẹ già.

Năm 1791, vua Quang Trung lại một lần nữa mời ông ra giúp việc biên soạn và dịch thuật ở Viện Sùng chính (Viện trưởng là La Sơn phu tử Nguyễn Thiếp), và ông đã nhận lời. Công việc học thuật mà ông tham gia đang phát triển thuận lợi, thì vua Quang Trung mất (tháng 9 năm 1792). Sau đó, ông trở về quê dạy học vì Viện Sùng chính ngừng hoạt động [11].

Năm 1802, nhà Tây Sơn sụp đổ, vua Gia Long lên ngôi mở đầu triều đại nhà Nguyễn, Bùi Dương Lịch lại được triệu ra. Khẩn khoản chối từ không được, ông phải nhận chức Đốc học Nghệ An (1805), rồi làm Phó Đốc học Quốc Tử Giám ở Huế (1812), nhưng chỉ được một năm thì xin cáo về (1813), tiếp tục sống với nghề dạy học tư và soạn sách cho đến khi mất (Mậu Tý, 1828). Năm ấy, ông 71 tuổi.

Nhớ ơn thầy, những người học trò cũ đã dựng một ngôi nhà thờ ông trên khu đất vườn của ông, hiện tọa lạc tại xã Tùng Ảnh.