梁梦龙，字乾吉，真定人。嘉靖三十二年(1553)的进士，改任庶吉士。授职为兵科给事中，首次弹劾吏部尚书李默。世宗正好厚待李默，不做追究。他到陕西核查军事储备，弹劾以前的延绥巡抚王轮、督粮郎中陈灿等人，朝廷对诸人做罢免、责罚的不同处分。
历任吏科都给事中。世宗恼怒礼部尚书吴山，梁梦龙厌恶单独弹劾吴山背上清议的罪名，于是与吏部尚书吴鹏一并弹劾罢免。曾经上奏说：“相臣是否贤明，关系到治政的好坏。请不要拘泥于资格，下令在朝廷公推富于名德宿望的大臣，以便光大圣上的治绩。”世宗怀疑众大臣私下有所举荐，责令陈述情况。梁梦龙惶恐地认错，于是被剥夺俸禄，升任顺天丞。因为京官考核中被人纠弹，出京担任河南副使。黄河在沛县决堤，尚书朱衡提议在徐、邳地区开挖新河，梁梦龙负责此工程。他三次调任后升为河南右布政使。
隆庆四年(1570)他升任右佥都御史，巡抚山东。当年秋天，黄河在宿迁决堤，八百艘运漕粮的船舶翻沉。朝廷商议开通海运，以此交梁梦龙办理。梁梦龙说：“海上航线南部从淮安到胶州，北部从天津到海仓，各有商船往来。从胶州到海仓，岛屿上的居民和商贾经常出没。我们派人从淮安转运了二千石粟，从胶州转运了一千五百石麦，由海道到天津，试开海上航线，没有不利的。从淮安到天津，大约需走三十天。每年五月以前，风势柔和，扬帆出航尤其便利。况且航行近海，海中的岛屿相联络，遇上风暴可以倚靠。如果船不是腐朽破败，预测气候时日出航，自然可以无忧虑。比较元代殷明略的旧航线，更加安全便利。丘浚所说的‘傍海通运’，就是如此。请将河运作为正式运输线，海运为辅助运输线。万一河运不畅通，海运就可以接济，而且河道也可以全心去疏浚，以图长久。又海防重要，沿海的卫所多年怠废，没有修缮整治，有见识的人深为忧虑。现在进行海运兼理河道，不是对国家没好处，且对军事防务也有所补助。”奏章下发到户部。部中议论海运废置很久，仓促间难以全部恢复，请求让漕司斟酌着调拨十二万石粮食，从淮安入海运抵天津。工部提供银两，为海船的经费，穆宗答复可以。不久海运没有进行。第二年冬天，他调任右副都御史，辖治河南。
神宗初年，张居正掌权。梁梦龙是他的门生，特别受宠爱，召见并委以户部右侍郎。不久改任兵部，前往辽东赏赐有功的将士。万历五年(1577)由兵部左侍郎升为右都御史，总管蓟、辽、保定的军务。李成梁在长定堡大败土蛮，神宗向宗庙报捷，大加赏赐，将梁梦龙的一个儿子录入官籍。此后，给事中光懋称：“这是保定塞内的部落，游击陶承喾假借犒赏袭击了他们，请按‘杀害降人’的罪名处理他。”兵部尚书方逢时加以调和，梁梦龙等人也推辞了荫庇特权。等到土蛮的三万骑兵攻入东昌堡，李成梁击败了他们。宁前又出现警报，梁梦龙亲自率领三千名壮士出了山海关声援李成梁，分别派遣两员参将出击，又将戚继光调到一片石地区，敌人退走了。他先后报告永奠堡、丁字泊、马兰峪、养善木、红土城、宽奠、广宁石屯、锦、义、大宁堡的胜利，多次受嘉奖，被加封为兵部尚书。因为修筑黄花镇、古北口的边防墙，加封为太子少保，再次荫庇一个儿子任锦衣世袭千户。召回朝廷负责兵部事务，上奏陈述四件军政事务。不久因为边防战功，加封为太子太保。
万历十年(1582)六月，张居正去世，吏部尚书王国先被弹劾罢职，梁梦龙代替了他。过了一个月，御史江东之弹劾梁梦龙央求徐爵贿赂冯保谋得吏部职，将孙女嫁给冯保的弟弟，御史邓练、赵楷又弹劾他，于是神宗命令他退休。在家居住十九年后去世，天启年间，赵南星申述他的边防功绩，赠封少保。崇祯末年，追赠谥号贞敏。