Ông làm quan đến các chức Tả thị lang, rồi Thượng Thư đời vua Lê Thánh Tông. Sau đó được cử đi sứ sang nhà Minh (Trung Quốc). Khi về nước, ông đã đem các kỹ thuật dệt chiếu tiên tiến mà ông học được ở Quế Lâm tỉnh Quảng Tây Trung Quốc, về truyền bá cho dân làng Hải Triều và dân các làng miền duyên hải trấn Sơn Nam Hạ.

Trước đó dân miền biển thường dệt chiếu với bàn dệt không có ngựa đỡ. Với kỹ thuật dệt chiếu với bàn dệt nằm có ngựa đỡ sợi (sợi đay) học được của người Trung Quốc, ông đã giúp người dân quê hương dệt ra những loại chiếu đẹp hơn, nhanh hơn. Sợi đay được căng trên ngựa đỡ, thuận lợi cho người trao chiếu (tức là trao cói), đẩy nhanh được tốc độ dệt chiếu. Chính nhờ cải cách này nghề dệt chiếu thủ công ở vùng ven biển miền Bắc trở nên phát triển, làng Hải Triều thành làng dệt chiếu nổi tiếng. Đã từ vài chục năm nay, chiếu Hới- Hải Triều có mặt ở khắp mọi miền tổ quốc từ Bắc vào Nam.

Khi từ quan, ông về ở và dạy học tại làng Mỹ Xá, nay thuộc xã Ngọc Sơn, thành phố Hải Dương, tỉnh Hải Dương. Tại khu đất Đồng Cời thuộc thôn Mỹ Xá, xã Ngọc Sơn hiện nay có lăng mộ thờ Trạng nguyên Phạm Đôn Lễ.[3]

Con trai Phạm Đôn Lễ là Phạm Nguyên Chấn cũng đỗ Hoàng giáp tiến sĩ ở triều nhà Lê sơ.