王应麟字伯厚，庆元府人。九岁就通晓《六经》，宋理宗淳..元年(1241)中进士，从王聎受学。
他开始做官任西安主簿，老百姓以他年少对他有些轻视，输赋税时有的不按规定的时间。王应麟把这种情况报告给郡守，对不按时交纳赋税的人绳之以法，从此赋税立即交清。地方上的武官想造反，知县事的翁甫知道后光着急却想不出什么办法。王应麟便挺身而出，以理晓谕这些武官，使他们放弃了叛乱。后王应麟被差遣监平江百万东仓，又调任浙西提举常平茶盐主管账司，朝廷派遣的使者郑霖对他另眼相看。不久，王应麟居父丧，丧服期满后，他被调任扬州教授。
开始时，王应麟考中进士，他对人说“：今天从事举子事业的人，都沽名钓誉，考中了就把一切学业都抛弃，对历代的典章制度毫不知晓，这些人不是国家所希望的无所不通的儒士。”于是他闭门发愤学习，发誓要以博学宏词科来自己表现自己，他家里的图书不够，就借政府馆阁的图书来读。理宗宝..二年(1254)，他果然考中了博学宏辞科。王应麟与他的弟弟王应凤本是同一日生。他的弟弟在理宗开庆元年(1259)也考中了这一科，皇帝下诏褒奖，并差遣他到浙西安抚司办公事。
理宗亲自御集英殿策试士子，令王应麟参加复考。考试的卷子排的名次既已经排定呈上，皇帝却想改第七卷为第一名。王应麟读完该卷后，顿首向皇帝说“：这份卷子议论深宏古朴典雅可作借鉴，作者的一片忠肝义胆坚如铁石，臣敢为陛下得到这样的人才而庆贺。”于是就把第七卷擢选为第一。及唱姓名，考生乃是文天祥。王应麟因而迁升为主管三省和枢密院的架阁的文字官。
王应麟后又迁国子录，升武学博士，他向皇帝上奏章说：“陛下经历的事理多，想把国家治理好也已经好久了。当前的局势艰难，国家累于外患，人才非常缺乏而民力又疲惫衰竭，陛下应该努力勉励自己不断地做善事，增修德行，不要自我沮丧和怠惰；要想尽一切办法恢复和振兴全国的士气，并使下面的情况能全部反映上来；要稳操国家的纪纲，英明地委任官吏，对左右亲近的人要慎重选择，防止他们壅蔽陛下的耳目；要寻找圣哲的人来辅佐和教导皇子。”他既被皇帝召对，皇帝顺便问他父亲的名字，说“：你父亲以陈述善事为国家尽忠，你现在也这样，可以说是继承你父亲的美德了。”
这时，当政的丁大全想罗致王应麟，可是又没有办法得到王应麟。后来王应麟迁任了太常寺主簿，在皇帝召见时，他对皇帝说：“淮河的防御刚刚告警，四川的局势也非常艰难，海表的上流都有唇亡齿寒之忧。现在军功还没有征集而首先就吝啬赏赐，民力已经贫困还要继续加重赋税，这决不是整顿防御的好办法。陛下不应该以宴安而自求逸乐，也不要喜欢听一些好听的话来求得自我安慰。”皇帝听了他的话后愀然地说“：我也认为我们的边防非常值得担忧。”王应麟说：“在没有发生事情以前就能够深刻的忧虑，碰到事情发生以后就不会感到害怕。希望陛下日日孜孜不倦地留心国家的防御工作，不要被手下人的某些甜言蜜语所欺骗。”这时执政的丁大全非常忌讳人们谈论边事，王应麟对皇帝大谈边事因而遭到嫉忌，被迫罢了官。
但不久丁大全遭到了失败，王应麟被重新起用为通判台州。后又受诏入朝担任了太常博士，并被提升为秘书郎，不久，又兼任沂靖惠王府的教授。由于彗星的出现，王应麟应皇帝的诏命上疏大力揭发了国家执政和皇帝侍从以及台谏官的罪过，竭力论述了积累私财、推行公田的祸害。他又上书说“：我认为国家想办法应付天变不如先挽回人心，要挽回人心又不如先虚心接受臣下和老百姓的直言。把天下人的口都钳住，打击敢于仗义直言的臣民的锐气，怎么能够对付天变？”当时敢于直言的官吏因触免了当权大臣的意旨，都遭到了贬谪和打击，所以王应麟向皇帝谈到这件事情。王应麟被迁任著作佐郎。
度宗即位，王应麟暂时兼任了礼部郎官，负责草拟百官表。旧的制度规定，请皇帝听政，要草拟四个表呈上；皇帝一夕降临，宰相宣谕皇帝的圣旨要增撰三个表，王应麟拿起笔来一下子就都写好了。丞相总护回，辞位的表要拟三道，使者站在那里等着，王应麟却一下就写好交给了他。当时的丞相对王应麟的才能非常惊服，于是正式委任王应麟兼礼部郎官，并兼直学士院。
马廷鸾知贡举，朝廷令王应麟兼权直，没有多久，又命令王应麟兼崇政殿说书。后迁任著作郎，掌管军器少监。王应麟在经筵为皇帝讲经，恰值当日下大雪，皇帝问他这有什么典故，王应麟以唐朝李峤、李艱等应皇帝诏命写应制诗的事情对，并因此向皇帝进言：“现在春雪过多，老百姓生活非常困苦，处在饥寒交迫之中，皇帝应该心存仁爱，并谨以此感召天地。”他后来被迁调任将作监之职。
有一次皇帝视朝，对王应麟说：“做学问的一定要洞见古人的心思才行。”王应麟说“：一个人严格要求自己，恭恭敬敬地警惕畏惧，遇事不敢怠慢和彷徨，时时刻刻克勤克俭，不要放纵自己和贪图安逸，勉强自己以统率群下，做事坚决果断，这就是古人的心思。然而一个人在取舍之间容易忽略于细微末节，兢业的时候每每忘情于游衍和自恣。”皇帝夸奖和采纳了他的意见。没隔多久王应麟又对皇帝说“：为人君的应该注意防止还没有产生的欲望，保存还没有泯灭的诚心。”他被提拔兼侍立修注官，暂时代理直学士院，又调任秘书少监，他上疏论述市舶司的问题，疏被留在朝中不答复。
碰上贾似道任平章事，原来的宰相叶梦得、江万里都请求去职，贾似道也要求去职。王应麟在向皇帝上奏章时指出，孝宗的时候有一年多的时间没有宰相，而且请求皇帝立即用这件事情来晓谕三个人。贾似道听到王应麟这些话，心里非常气恨，他对包恢说：“我去掉像王伯厚这样的朝中官员太多了。但是王伯厚这人素有文学盛名，我不想让天下的人都认为我贾似道排挤名士。不过王伯厚这人自己也应该好好想一想，他应该自己稍加自我贬损，不要遇到什么事情总是强出头！”包恢把贾似道的话转告了王应麟，王应麟笑着说：“我认为触犯宰相的祸小，辜负皇帝的恩宠罪恶才大。”后王应麟调为起居舍人，兼暂时代理中书舍人。这年冬天发生了雷震，王应麟向皇帝上疏说：“十月的雷震，只有东汉才几次出现，这是由于国家命令不专一，奸恶的人相继并进，卑贱的人权力超过了高贵的人，外部欺侮内部的结果。陛下应该廓清天君，谨守天命，体察天德，以挽回天心。要知道，要守住既成的事业，就必须效法祖宗，要治理好国家，就必须平时聚集威福。”贾似道听说了这些话，决心要想办法排挤王应麟。
王应麟写了奏疏从侧门直接向皇帝奏对，他认为皇帝用人没有什么比先分清楚君子和小人更为重要的了。他刚刚奏完把奏疏笼在袖子里在朝班中等待，台谏官就急忙上疏对他进行驳斥，从此二史直前向皇帝奏事的制度就遭到废除。王应麟也被以秘阁修撰的名义主管崇禧观。
很久以后，王应麟又被起用为徽州的知州。他的父亲王扌为曾经当过徽州地方的长官，因此众父老都说：“他是清白太守的儿子呀！”王应麟在徽州任上坚决地打击豪强，减少贫民的租税，老百姓都非常高兴。
后王应麟被召为秘书监，又暂时代理中书舍人，他坚决辞谢，但皇帝不准。后他又兼国史编修和实录检讨，并兼侍讲。既而又调任起居郎兼暂时代理吏部侍郎，他上疏指斥成败逆顺的说法，并且说“：国家现在所依靠的是长江，而襄樊是它的咽喉，应该赶紧对这里的防御进行研究讨论，不能再继续耽搁。可是我们现在的朝廷中却从从容容地完全跟平时一样，毫无一点着急的样子，要知道时机一失就不会再来，在现在这样的形势下，我们怎么能够苟且偷安？”当时朝中的大臣没有一个人敢以边事进言的，所以皇帝对王应麟的奏疏非常不高兴。贾似道也就因此再一次地策划斥逐王应麟，恰巧碰到王应麟的母亲死而去官。
等到贾似道在长江上全军覆没，王应麟这时出任中书舍人兼直学士院，他当即上疏陈说十件大事，其中有：以征讨为急务，严明政刑、劝勉廉耻、通达下情、寻求将才、锻炼军士、筹备粮饷、举荐实材、选择牧守、防守海道等标题。他在疏中还说“：图谋消除大祸患就必须忽略小事情，要追求实际效果就必须去掉虚文。”他请求调集各路勤王军队，如果有能先赶到的，就给以重赏以便振作勇敢的士气，使大家同心协力勇往直前，我们只有证明能够战斗才能够把国家守卫住。王应麟后来被提升为兼同修国史、实录院同修撰并兼侍读，又调任礼部侍郎兼中书舍人。碰到日食，他应皇帝诏上书论述天戒等五件事。并陈述防卫的十大策略，但都来不及应用。
不久他升为礼部尚书兼给事中。这时右丞相留梦炎用徐囊为御史，又提升重用江西制置使黄万石等人。王应麟于是上书对他弹劾，说：“徐囊与留梦炎两人是同乡，他的提拔，很显然有私人之嫌；黄万石为人粗鲁乖戾毫无学识，南昌失守，他误国之罪甚大。今天留梦炎却偏偏把他们引荐，想利用他们来加强自己的实力，这样下去，凡是忠良遭到他们排斥的人，都会相率离开朝廷。吴浚这人贪赃枉法，为人轻躁，这样的人怎么能够重用？况且留梦炎本人也违抗朝廷命令，侮辱谏官，对下面忠直之言，不敢禀告皇上，而今天卖国投降的人，却多数是他提拔和重用的人。”王应麟的疏一上再上，但都得不到回报。王应麟出关候命时，又再一次地上疏，说“：利用国家危急的时候而扰乱纪纲，以个人的偏见来抵制公众的意见，臣今上书封驳又不被采用，因与某些大臣的意见不合。根据这种情况，臣只有离职，不应该再留在朝中。”这封奏章递上去，仍不回报，王应麟于是决意东归。
后皇帝下诏派中使谭纯德以翰林学士的职位去征召王应麟，有见识的人都认为，皇帝剥夺了王应麟重要的官职，却以清闲的职务来笼络他，这不是对待贤人的礼节。王应麟也坚决推辞。二十年以后，王应麟就与世长辞了。
王应麟一生有不少著作，他著的书有《深宁集》一百卷、《玉堂类稿》二十三卷、《掖垣类稿》二十二卷、《诗考》五卷、《诗地理考》五卷、《汉艺文志考证》十卷、《通鉴地理考》一百卷、《通鉴地理通释》十六卷、《通鉴问答》四卷、《困学纪闻》二十卷、《蒙训》七十卷、《集解践阼篇》、《礼注急就篇》六卷、《补注王会篇》、《小学绀珠》十卷、《玉海》二百卷、《词学指南》四卷、《词学题苑》四十卷、《笔海》四十卷、《姓氏急就篇》六卷、《汉制考》四卷、《六经天文编》六卷、《小学讽咏》四卷。