唐初学者。相州洹水(河南安阳)人。隋仁寿年间，与兄杜正玄、杜正藏俱以秀才擢第。隋代举秀才只10余人，杜正伦一家3秀才，为时人称羡。仕隋为羽骑尉。李世民知其名，令直秦王府文学馆。贞观元年(627)，经魏徵表荐，授兵部员外郎。贞观二年，迁给事中，兼知起居住。贞观四年，迁中书侍郎。后加散骑常侍，行太子左庶子，兼崇贤馆学士。贞观十年，复授中书待郎，赐爵南阳县侯，仍兼太子左庶子。后因对太子言语有失，被贬为谷州刺史、交州都督。太子被废，以曾受金带配流驩州。多年后，授郢、石2州刺史。唐高宗显庆元年(656)，授黄门侍郎，兼崇贤馆学士，同中书门下三品。次年，兼度支尚书，仍知政事。不久拜中书令，兼太子宾客、弘文馆学士，进封襄阳县公。因与中书令李义府不协，出为横州刺史，卒于任所。享年约80以上。《新唐书·艺文志》记载，有文集10卷，未见传本。并撰《春坊要录》4卷，《百行章》1卷。《全唐诗》卷33存诗2首。《全唐文》卷150载文3篇，《唐文拾遗》载1篇。