1906年生於江蘇。原本在上海復旦大學學醫，後轉攻美術。1925年赴法留學，在巴黎朱麗安學院學習西畫，與旅法畫家常玉（1901-1966）結為好友，深受其影響，於大茅屋工作室繪人體素描。1930年回國在上海參加「苔蒙畫會」，1932年與倪貽德（1901-1970）等西畫家組織發起現代油畫團體「決瀾社」，連續四年每年舉辦一次畫展。龎薰琹油畫早年以現代畫風表現，著重人物傳神及線條意境。1930年代末，深入貴州苗寨考察民間藝術，是第一位描繪民族習俗的畫家。1940年創造性的將中國古代紋樣與西方現代設計相結合，設計了四本《中國圖案集》與《工藝美術設計》。1956年任教於北京中央裝飾美術學院，為中央工藝美術學院主要創辦人。龎薰琹對中國歷代裝飾繪畫的著述研究頗豐，為中國美術教育的啟蒙大師。1985年逝世於北京。1991年江蘇常熟成立「龎薰琹美術館」，家屬依其遺願捐獻近五百餘幅遺作。1996年由中央美術學院、上海美術館與龎薰琹美術館聯合主辦，於上海美術館舉行紀念畫展，展出遺作100幅。