余懋衡，字持国，江西婺源人。万历二十年(1592)中进士，授职永新知县。升为御史，当时因为修建大殿，矿税使被派往各地，骄横异常。余懋衡上奏说：“与其骚扰平民，榷税至于鸡猪，还不如明明白白告诉天下人，稍为增加田赋，共同赞助大殿工程。现在避开增加赋税的名声，实际上是竭泽而渔的办法，这样的害处比增加赋税要大十倍。”违背圣旨，余懋衡被停发俸禄一年。
巡按陕西，税监梁永将私人财产运到畿辅，役使人马甚众。余懋衡上奏弹劾他，梁永恨得要命，唆使其帮凶乐纲贿赂厨师想毒死余懋衡。两次中毒，余懋衡都没死，拷问厨师，获取乐纲给予的贿赂和剩下的毒药，于是，上疏极力弹劾梁永，御史官也争相弹劾梁永，皇上都不讯问。梁永害怕军民为难他，召进一些亡命之徒自卫。御史王基洪声言梁永一定会造反，将梁永杀掠官吏、百姓的事一一陈上。巡抚顾其志为梁永隐讳，梁永于是为自己辩护。皇帝怀疑御史说的不是实话。可咸宁、长安二个知县与梁永的对立更加厉害。梁永党徒王九功等多私人武装，怕被有关官吏察觉，托词说是梁永调遣，拉帮结伙乘马驰走。县吏在华阴追上他们，相互之间发生战斗，不久都被抓住，余懋衡于是以谋反之罪控告梁永。梁永很害怕，他的爪牙也逃散了，只有乐纲还在，他教梁永诬告咸宁知县朝荐，朝荐被逮捕。梁永不久也被撤回京城，关中才安宁下来。余懋衡不久后因家人去世回到家乡。后被起用掌管河南道。升为大理右寺丞，声称有病归家。
天启元年(1621)他又被起用为大理左少卿，官至右佥都御史，与尚书张世经共同管理京城军队政事。又任右副都御史，改做兵部右侍郎，都是管理军队。三年八月朝官推举南京吏部尚书，李三才为第一人选，余懋衡为第二人选；推举吏部左侍郎，以冯从吾为第一人选，以曹于汴为第二人选。皇上都用第二人选。大学士叶向高等极力认为不行，皇上不听。余懋衡、曹于汴也认为自己资历不及李三才等，极力推辞新的任命，声称有病回到家乡。
第二年十月，余懋衡又被授予前职。他看到宦官势力正大，坚决不肯就任。不久奸臣张纳肆意诋毁讲学各位大臣，其中以余懋衡、冯从吾和孙慎行为首，于是，余懋衡等被削职。崇祯初年，方又官复原职。