1904年1月19日裴先生诞生在河北一个贫苦的知识分子家庭。小学毕业后就读滦县师范学校。1923-1927年，原本对新闻有浓厚兴趣的他却选择了就读北大地质系本科，毕业后进入北京地质调查所。1928年裴先生来到了周口店。

其实一开始，裴先生对于考古点的挖掘工作并不很熟练和投入，“我在未赴周口店之前，有脊椎动物化石是什么，真是毫无所知，差不多何谓有脊椎动物，都不晓得。”“我真有些害怕，工人都如此程度，我可怎么办？”（《周口店洞穴层采掘记》）然而，他不卑不亢，跟着大伙学习考古发掘的知识，经过一年多的努力终于能独立分辨化石。

恰逢此时，周口店的挖掘工作也碰到了坚硬的岩石，专家们觉得这里不会有什么进展，就都离开了，唯独裴文中先生坚持留下来带领工人们完成最后的挖掘工作。也正是他的坚持，才偶然发现了一个狭小的洞口，也就是在这个洞中，埋藏着北京猿人第一个完整的头盖骨。

到了1931年，裴文中先生又在周口店鸽子堂挖掘点，找到了上千件石片。他认为这是北京人当时使用的工具。这一论断遭到很多学者的质疑。裴先生采用了模拟实验的方法，对人工痕迹和自然痕迹进行观察比对，终于发现北京人使用的是一种独特方法——砸击法。他的勇气和追求科学的执着态度，再一次为自己获取了成绩，这是中国乃至世界考古学开创性成果。

自北京人头盖骨发现之后，周口店成为倍受国际关注的古人类文化遗址。1932年起，裴文中先生开始进行考古田野方法改革。他在周口店建立了当时国际一流田野操作规范，采用探沟和打格分方相结合的方式，保证出土标本都能够保留完整准确的考古学信息。这一方法为之后的深入研究和文化发展序列的建立奠定了坚实基础。

同时，裴文中先生还尝试提出了中国旧石器时代文化的早、中、晚三期演化模式。中国的中石器时代是他首先提出的研究课题。1935年在广西发现大批打制石器和个别的磨制石器，共生的动物又是现生种，裴先生提出这些遗存可能属于中石器时代。之后随着新的化石材料发现，古人类学者对有关细石器的起源、时代和分布等有了更深入的认识，而他的开创之功诚不可没。

1935年-1937年，裴文中先生赴法深造，并以流利的法语进行了博士论文的答辩，他的博士论文题目为《自然现象对史前人类使用的硬岩石的破坏作用》，被接受为法国地质学会会员。之后他集中进行了一系列辨别化石材料真伪的研究，这项极为重要的基础研究，让裴先生成为当之无愧的中国旧石器考古学奠基人。

其实除了古人类学研究，裴先生在第四纪哺乳动物学及其相关生物地层学方面的研究也非常重要，被称为“全能型学者”。如他曾经记述过哺乳动物大量的新属种，根据区域组分的差异，把中国境内第四纪哺乳动物的地理分布划分成了四大区——华北区、华南区、淮河区和东北区，第一次勾画出了一个中国第四纪的生物地层框架；他还通过中外第四纪哺乳动物的对比研究，指出第四纪时，在一定时间和一定环境中，有一些哺乳动物体型缩小，同样是生物的一种或一个小的分支开始衰亡或者行将绝灭的表现；他把广西巨猿动物群从大熊猫剑齿象动物群中区分出来。他对大熊猫演化的研究以及对中国新生代地质、中国旧石器考古的研究，都作出了杰出的成绩。

裴文中先生在50多年的科学生涯中，重视野外实践，他曾到全国19个省、市、自治区做广泛的史前考古学、古生物学和地质学的调查、发掘，共发表论文、专著168篇（种），代表作有《中国猿人史要》、《周口店第一地点之食肉类化石》、《周口店山顶洞之文化》、《周口店山顶洞之动物群》、《中国史前时期之研究》和《中国猿人石器研究》等。