裴炎出身于河东裴氏洗马裴，后参加科举，以明经及第，历任濮州司仓参军、御史、起居舍人等职。后于调露二年(680年)升任黄门侍郎，加授同中书门下三品，从而成为宰相。
调露二年(680年)八月，术士明崇俨被强盗所杀，因迟迟未能抓获凶手，武则天疑心是太子所为，于是派人揭发太子阴谋，结果果真在东宫搜出铠甲数百具，于是命裴炎与薛元超、高智周一起到东宫审讯，李贤因此被废为庶人。
永淳二年(683年)，唐高宗病重，李显奉命监国，裴炎与刘齐贤、郭正一负责辅佐。同年十二月，高宗去世，李显继位，是为唐中宗，裴炎则改任中书令辅政。次年正月，李显打算封岳父韦玄贞为侍中，又打算任命乳母的儿子为五品官。裴炎认为皇帝此举乃是滥用权力，因而坚决反对，结果李显说道，“我就算把国家让给韦玄贞又算什么?更何况区区一个侍中。”
此举令裴炎极为愤怒，转而将消息告知武则天，同时认为李显不适合做皇帝，因而建议废黜唐中宗。武则天于是命裴炎与宰相刘祎之、羽林将军程务挺、张虔勖率军入宫，宣布太后懿旨，废中宗为庐陵王。
唐中宗被废后，武则天又立豫王李旦为帝，是为唐睿宗。裴炎因定策之功，被封为永清县男。可以说，这一时期，裴炎还是深受武则天重用的。
裴炎因反对武氏而被疏远，武则天清洗异己裴炎被杀
唐睿宗虽然名为皇帝，但此时的朝廷大权却已经全部落入武则天手中，而正是从永淳二年(683年)开始，武则天加大了对朝中异己力量的清洗，忠于李唐宗室的朝廷大员开始大量遭到清洗。
后来，武承嗣请求立武氏七庙，并追封先祖为王，这可谓一次极为大胆的尝试。立庙供奉祖先本也没什么，然而“七庙”不是谁都可以立的，这乃是帝王特有的权力，武承嗣此举乃是毫无疑问的僭越。裴炎自然也看出了其中的深意，因而坚决予以反对，甚至言辞激烈的说，“太后母仪天下，不应偏私于亲属。难道太后忘记吕氏败亡的教训吗?”
武则天则说道，“吕后封生者为王，而我是在追尊死者，情形并不相同。”可见武则天此时对裴炎已经不满。
若是一般大臣，武则天此话一出哪敢继续顶嘴，偏偏裴炎来了一句，“蔓草难图，渐不可长。”裴炎此举虽然成功阻止了武则天立庙，但也开始被武则天所疏远。
再后来，武承嗣又建议武则天诛杀韩王李元嘉、鲁王李灵夔等李唐宗室，武则天就此事询问宰相们的意见，刘祎之、韦思谦都一言不发，偏偏裴炎极力反对。这令武则天明白，裴炎到底还是忠于李唐宗室的。
光宅元年(684年)九月，英国公徐敬业在扬州起兵反武，裴炎趁机进言，“皇帝已经成年，却始终未能亲政，这才让小人有了造反的借口。如果将朝政还给皇帝，叛军则不攻自破。”
裴炎此话立即遭到御史崔詧的当庭弹劾，“裴炎身为顾命大臣，不思讨平叛乱，却让太后还政，必是怀有异心。”
于是，裴炎被武则天关入诏狱，并称裴炎有谋反之心，即使凤阁侍郎胡元范、纳言刘齐贤上疏为裴炎辩护，并以身家性命力保裴炎不反却仍然无济于事。同年十月，裴炎被斩于洛阳都亭驿。不久，曾为裴炎申辩的胡元范、刘齐贤、程务挺等全部获罪，或被杀、或被流放、或被贬。
至于“青鹅”之说，却将裴炎塑造成了一个早有谋反之心的奸臣，而武则天则被塑造成了识破奸臣诡计的智者。
按照小说中的记载，早有谋反之心的裴炎在得知徐敬业起兵后，便给徐写了一封信，结果被人截获，结果信中只有“青鹅”两字。群臣不解，武则天却用拆字法破解了迷信，“‘青’字可拆分为‘十二月’，‘鹅’字拆为‘我自与’”，这乃是裴炎表示要在十二月于都城为内应，相应徐敬业叛军的证据，于是裴炎因谋反罪被杀。
可见，裴炎的被杀完全是武则天出于清除异己的需要。至于“青鹅”之说只是野史记载，应该是根据裴炎因谋反罪被杀之后，他人为讨好皇帝而进行的艺术创作罢了。
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