长孙无忌字辅机，秉性豁达机敏，博览文史典籍。当初，高祖率领义军渡过黄河时，长孙无忌到长春宫晋见高祖，被任命为渭北道行军典签，跟随秦王李世民征战有功，官职做到比部郎中，封为上党县公。
皇太子李建成投毒暗害秦王，秦王中毒病重，全秦王府都感到凶险惊骇。
房玄龄对长孙无忌说：“灾祸已露出苗头，很快就要爆发了。成就大业的人不拘小节，这是周公姬旦杀掉管叔、流放蔡叔的原因。”于是一起进府禀告秦王，请求抢先杀掉李建成，秦王不答应。长孙无忌说“：大王认为虞舜是怎样的人？”秦王说：“他智慧深邃，经天纬地，光照四方。做儿子孝顺，做国君仁德，还有什么可说的呢？”长孙无忌接着说“：当初假使虞舜掏井出不来，能讲孝心吗？填塞仓库裂缝不避火跳下来，能施仁政吗？避开大棒拷打，忍受小棍敲击，虞舜的确是事出有因。”秦王还是没有下决心。事态更加紧急，才派长孙无忌暗中召集房玄龄、杜如晦商定计谋。长孙无忌与尉迟敬德、侯君集、张公谨、刘师立、公孙武达、独孤彦云、杜君绰、郑仁恭、李孟尝讨伐并平息了祸乱。秦王当了皇太子，任命长孙无忌为左庶子。秦王登帝位后，提升他为吏部尚书，因为功劳第一，晋封为齐国公。太宗因为长孙无忌是皇后的哥哥，自幼又相友爱，垂爱倚重之情一天天深厚，让他经常出入自己的卧室。又提升他为尚书右仆射。
突厥的颉利可汗与唐朝结盟后发生了政治动乱，众将领请求趁机征讨。太宗考虑刚结盟，不攻取是坐失良机，攻取又失去信用，犹豫不决，就向大臣们咨询。萧蠫说：“趁弱小兼并，趁政治昏暗攻取，征讨有好处。”长孙无忌说：“现在我朝致力于和平，等突厥进犯，才能还击。假使他们就此削弱，将来不能进犯，我们还有何求呢？我认为按兵不动保持信用为好。”太宗说“：好。”但后来还是征伐了突厥。
有人向太宗上表说长孙无忌权力太大，太宗把表奏给他看，说“：我与您君臣之间没有一点猜疑，如果各人把听到的话放在心里不说，这就会受蒙蔽了。”因此向所有朝臣挑明说：“我的儿子年幼，无忌为我立过大功，我把他看得跟我儿子一样重要。关系疏远的人离间关系亲密的人，新朋友离间老朋友是不合情理，我不会听取。”长孙无忌自己也害怕地位太高，长孙皇后又多次向太宗谈到这事，于是免去了他右仆射的职务，授予他开府仪同三司之职。他同房玄龄、杜如晦、尉迟敬德都因为是头等功臣，太宗为他们每人封一个儿子为郡公。又颁发册书授予长孙无忌为司空，主持门下省、尚书省的政务，长孙无忌辞谢，又托付高士廉口头面奏太宗说“：以皇室外戚的身份占据三公的高位，心怀不满的人会说皇上为皇后家谋私利。”太宗说“：我委任官员以才能为标准，没有才能，即使是像襄邑王神符那样的至亲，也不随意封官；如果是人才，即使像魏征这样的仇人，也不嫌弃。如果因为是皇后的哥哥而喜欢他，用美女玉帛丰厚地赏赐他，不就行了吗？
由于他文武双全，因此我任他为宰相，您诸位谁不说是这样呢？”长孙无忌坚决辞让，太宗下诏书答复说：“黄帝轩辕得到力牧，成为五帝中的第一帝；夏禹得到咎繇，成为三王中的第一王；齐桓公得到管仲，成为五霸中的第一霸；我得到您，就平定了天下。希望您不要推让！”太宗又想起跟他同生死共患难的往事，依靠他避免了危险，就写了《威凤赋》送给他，以此比拟他的功劳。
太宗想让功臣们都世世代代袭任刺史职位，贞观十一年(637)，便下诏书给有关官员说：“我靠神灵的保佑，贤臣的辅佐，战胜了许多危难，使得天下太平。
时势艰难靠大家共同出力，天下安定由一人独享其利，我是不愿这样干的。刺史就是古代的诸侯，虽然名称不同，但监督统领的职份是一样的。长孙无忌等人欢乐忧愁时与我情义相通，顺利艰难时对我忠心不变，他们的卓越功绩，铭记在我心里。还是改为赐给土地，采用世袭制度。”于是封长孙无忌为赵州刺史、赵国公，封地在赵；房玄龄为宋州刺史，封地在梁；杜如晦追认为密州刺史，封地在莱；李靖为濮州刺史，封地在卫；高士廉为申州刺史，封地在申；侯君集为陈州刺史，封地在陈；李道宗为鄂州刺史，王爵，封地在江夏；李孝恭为观州刺史、王爵，封地在河间；尉迟敬德为宣州刺史，封地在鄂；李责力为蕲州刺史，封地在英；段志玄为金州刺史，封地在褒；程知节为普州刺史，封地在卢；刘弘基为朗州刺史，封地在夔；张亮为澧州刺史，封地在郧。共十四人，其余官职应收纳租税的封户还不计算在内。长孙无忌等人推辞说“：从前我们在一起披荆斩棘，侍奉陛下。现在四海统一，实在不愿远离陛下，让我们世代治理外地州郡，跟流放一样。”太宗说“：划分土地赐给功臣，是想让诸位的后代永远做保卫国家的重臣，以实践当年高山大河般庄重的誓言，这事反而引起埋怨，我哪能还勉强您诸位到封地去呢？”于是作罢。后来太宗亲自到他家里慰问，从家属到亲戚都按级别赏赐。过了很久，提升长孙无忌为司徒。
太子李承乾被废，太宗想立晋王李治为太子，还没有决定，在两仪殿坐朝，群臣退朝后，只留下长孙无忌、房玄龄、李责力商议立太子的事，因而说：“我有三个儿子一个弟弟，不知立谁为太子，我心里烦乱得很。”说完向刀架扑去，抽出佩刀自杀，长孙无忌等人大惊，抢上去抱住他，夺下刀给晋王，然后请问太宗想立谁。太宗说：“我想立晋王。”长孙无忌说“：谨奉诏命，持异议者斩！”太宗对晋王李治说：“你舅舅已答应你当太子了，应该拜谢。”晋王于是拜谢。太宗又说：“您各位跟我意见相同，天下人会有什么议论呢？”长孙无忌回答说“：晋王以仁德孝顺闻名天下已很久了，本来不会有异议；如果有变化，是我辜负陛下，罪当万死。”于是就决定了。太宗委任长孙无忌为太子太师、同中书门下三品，“同三品”
的职位就是从这时才有的。太宗又想立吴王李恪为太子，长孙无忌暗中争辩才没有这样做。太宗征讨高丽，诏令长孙无忌代理侍中职务。回朝后，请求辞去太子太师的职务，太宗听从他的意见，免去了太子太师职务，让他身居京城而任扬州都督。
太宗曾亲切地对长孙无忌说“：我听说国君圣明则臣子就刚直，人常常苦于不了解自己，你应该当面批评我的过失。”长孙无忌说“：陛下的文治武功超过千古帝王，禀性亲和天道，不是我们臣子比得上的，的确没有看到您有什么过失。”太宗说：“我希望指出我的过失，您各位都奉承我让我高兴，我可要评论您各位的优缺点，来告诫各位。”接着说：“高士廉心术机警聪明，面对危险不改变气节，所缺乏的是刚直之气。唐俭会说话，善于调解矛盾，在酒杯流转之中，说话惹人发笑，为我服务二十年，还不曾说过一句有关国家大事的话。杨师道性格谨慎小心，自然不会有错误，但懦弱不了解世事，碰到危难不能靠他帮忙。岑文本性情敦厚，写文章、论是非是他的长处，出谋划策有远见，自应不比别人差。
刘洎坚强正派，他说的话都有益处，不轻易对人许诺，能自己弥补不足。马周敏锐正直，评判人物，出以公心，他办事都令人满意。褚遂良刚强正直，光明磊落，有学问谋略，竭尽忠诚亲近我，像小鸟绕着人飞，自然让我加倍喜爱。长孙无忌回答问题机警敏锐，会避嫌疑，在古人中，也没有比得上的，但不擅长统帅军队打仗。”
贞观二十三年(649)，太宗病危，召长孙无忌到卧室内，伸手摸着他的脸，长孙无忌哭泣着，太宗激动得气息哽咽说不出话。第二天，与褚遂良进宫接受诏书。太宗转头对褚遂良说：“我得到天下，是靠无忌的力量。您辅佐朝政，不要让进谗言的人陷害他。”过了一会，就逝世了。当时在离宫，皇太子李治极度悲哀，长孙无忌说：“刚逝世的皇帝把朝廷、国家交给殿下，应该迅速登位。”为保守太宗逝世的秘密，暂不发表讣告，请太宗的灵车回到皇宫。
太子登皇帝位，这就是高宗。提升长孙无忌为太尉、检校中书令，还是主持门下、尚书二省政务。长孙无忌坚决辞去尚书省职务，高宗答应了。高宗想立武昭仪为皇后，长孙无忌坚持说不行。
高宗秘密地把十多车珍贵的器物、锦缎、丝绸赏赐给他，又亲自上门探望他，把他的三个儿子都提拔为朝散大夫，武昭仪的母亲又到他家申述请求。许敬宗多次劝说他，长孙无忌都严词厉色拒绝了。
高宗后来召见长孙无忌、褚遂良和于志宁说明皇后没有子女，武昭仪有儿子，是一定要立她的原因。长孙无忌多次劝谏无效，就说：“先帝把您托付给遂良，希望陛下听听他的意见。”褚遂良极力说不行，高宗仍然不听。
武昭仪立为皇后以后，因为长孙无忌接受了赏赐却不帮助自己，怀恨在心。
许敬宗猜到武后的心思，暗中指使洛阳人李奉节向高宗诬告长孙无忌谋反，与侍中辛茂将办理此案，教他编造长孙无忌谋反的情由。高宗震惊地说“：怕是奸邪的人挑拨离间，大概不是这样。”许敬宗陈述说：“谋反的迹象已暴露了，陛下心软，不是国家的福气。”高宗哭着说：“我家里不幸，高阳公主与我一母所生，先前谋反，现在舅父又这样，使我深深愧对天下臣民，怎么办啊？”许敬宗回答说：“房遗爱是乳臭未干的年轻之辈，伙同妇女一起造反，哪能成事？长孙无忌是奸雄，天下人都害怕而服从他，一旦暗中发难，陛下派谁抵抗他？现在就很紧急，只怕他振臂一呼，召唤同党，就成了朝廷的祸患。陛下没有看到隋朝的教训吗？宇文化及的父亲是宰相，弟弟是驸马，他本人统率皇宫的警卫部队，炀帝对他们不猜疑，然而他起兵造反成了贼头，就把隋朝灭亡了。希望陛下拿定主意处置他。”
高宗犹豫不决，又下令审核。第二天，许敬宗说长孙无忌造反的证据清楚得很，请求逮捕他。高宗哭着说“：舅父果然这样，我决不忍心杀他，不然，后世将怎样评价我？”许敬宗说：“汉文帝的舅父薄昭，保护文帝从代地回朝登上帝位有功，后来犯了杀人罪，文帝怜惜他又怕扰乱了法律，就命令朝臣们穿上丧服上门去为他哭丧，薄昭便自杀了，优秀的史官不认为这不妥当。现在长孙无忌忘记了先帝的恩德，抛弃与陛下的至亲关系，竟然想颠覆国家、毁掉朝廷，岂止薄昭的罪恶可比？按法律该灭五族。我听说当断不断，反受其乱。应当抓紧时机迅速行动，迟了就必然发生变乱。长孙无忌帮先帝谋划夺取了天下，天下的人都佩服他的智谋，他是王莽、司马懿一类的人。现在他自己已承认谋反，为什么犹豫不决呢？”高宗始终没有对质审问长孙无忌。
于是下令削去官爵封地，给予扬州都督一品官的俸禄流放到黔州，由扬州派兵护送。把他任秘书监的儿子长孙冲等人流放到岭南，把他任渝州刺史的堂弟长孙知仁降职为翼州司马。几个月后，又诏令司空李责力、中书令许敬宗、侍中辛茂将等人复查谋反案件。许敬宗命令大理正堂袁公瑜、御史宋之顺等人到黔州用酷刑审讯。长孙无忌上吊自缢，儿子长孙冲免去死罪，杀死了同族的侄儿长孙祥，把同族的弟弟长孙思流放到檀口，服丧一年时间的亲族大都被降职流放。
当初，长孙无忌和褚遂良全心全意为国家效力，把天下安危作为自己的责任，所以高宗永徽年间的政治有太宗贞观之治的风范。高宗也尊敬老臣，恭敬地听取他们的意见。法纪的设立和推行，是这两个人全力维持的结果。到了为两个皇后的废立意见不合高宗的心意后，奸臣乘机暗中设计陷害他，高宗昏庸，听信谗言，长孙无忌终于被害死，从此后政权被武氏家族夺去，唐朝差点亡国。
高宗上元元年(674)，恢复了长孙无忌的官职爵位，让他的孙子长孙无翼继承封爵。当初，长孙无忌在昭陵墓地为自己预建了坟墓，到这时才允许迁葬回来。文宗李昂开成三年(838)，下诏书说“：阅读本朝史料，每当读到有关太尉长孙无忌的事情，总是掩卷叹息。就让他的后代孙子长孙钧任猗氏县令吧。”