1922年加入中国社会主义青年团,1923年底入湘军讲武学堂学习,1924年转入中国共产党,同年11月入黄埔军官学校第一期,后曾在黄埔军校政治部、国民革命军第四团、补充第五团和二十二师工作。
1927年南昌起义时在国民革命军第二方面军第二十军三师任参谋处处长;不久赴苏联莫斯科中山大学学习,1930年回国。
1931年起任广东东江革命军事委员会主席,中共湖南湘江特委书记。
抗日战争时期,历任八路军一二九师筑先抗日游击纵队政委,一一五师司令部教育科科长,山东军区教导团团长,胶东军区参谋长、副司令员。
解放战争时期,1946年1月起,历任新四军兼山东军区副参谋长,华东军区副参谋长,1949年3月,任中国人民解放军第三野战军第八兵团政治委员,第三野战军暨华东军区代理参谋长等职,参加淮海、渡江等战役。
南京解放后,曾任南京警备区司令员兼政委,1950年转做外交工作,任中国驻印度大使;
1956年初,袁仲贤奉调回国,回国后,袁仲贤答缺链就任外交部副部长,成为继张闻天和姬鹏飞之后第三位调任此职的驻外使节,但此时袁仲贤已绝症缠身,早在1954年回国陪尼赫鲁访华之前,医生就发现他的右肺上叶有一小块阴影。为扮败了工作,袁仲贤未加重视清孙,照常工作和活动。
直到1956年5月,袁仲贤赴莫斯科就医,复查胸腔疾病,才发现肺癌细胞已大面积扩散,无法切除。
1956年国庆后,袁仲贤的病情迅速恶化,于1957年2月16日与世长辞,终年53岁。