1921年，考入北京大學預科。

1923年，轉(zhuǎn)入北京大學本科地質(zhì)系。

1927年，北京大學地質(zhì)系畢業(yè)后，到北京地質(zhì)調(diào)查所工作。

1928年，被派往周口店，參加了古生物化石的發(fā)掘工作，并能夠獨立地擔當全面的發(fā)掘工作。

1929年，裴文中主持并參與北京周口店的發(fā)掘和研究工作，在周口店發(fā)現(xiàn)中國猿人第一個頭蓋骨，該發(fā)現(xiàn)對研究世界古人類學有極重要價值。

1931年，裴文中又確認舊石器和用火痕跡的存在，為周口店古人類遺址提供了考古學重要依據(jù)。

1935年，到法國巴黎大學進修史前考古學，師從步日耶教授。

1937年，獲得巴黎大學自然科學博士學位，并成為法國地質(zhì)學會會員。回國后任實業(yè)部地質(zhì)調(diào)查所技正，兼周口店辦事處主任、新生代研究室主任，并在北京大學、燕京大學和北京師范大學講授史前考古學。

1946年，加入九三學社。

1950年，任文化部社會文化事業(yè)管理局博物館處處長（－1953年）。

1954年，任中國科學院古脊椎動物研究室研究員。

1955年，當選為中國科學院生物地學部首批學部委員。

1957年，獲得英國皇家人類學會名譽會員稱號。

1963年，任中國科學院古脊椎動物與古人類研究所古人類研究室主任。

1979年，任北京自然博物館館長。同年，當選為聯(lián)合國教科文組織所屬史前學和原史學協(xié)會名譽常務(wù)理事。