龐統年輕時，為人樸鈍，未有識者。但他的叔父大名士龐德公對他卻十分看重，認為他不同尋常。當時，潁川人司馬徽清高雅正，素有善於鑒識人品的名聲，龐統慕名前往拜見。見面時，司馬徽正在樹上采桑，於是龐統就坐在樹下，跟他交談起來。兩人越談越投機，就這樣壹個樹上，壹個樹下，壹直談到深夜。司馬徽覺得龐統真正非同凡響，誠心誠意地褒揚龐統是南州首屈壹指的人才，並且贊嘆說：“龐德公確實有知人之明，龐統確有與眾不同之處！”從此，龐統的名聲漸漸顯赫。龐德公將他與諸葛亮、司馬徽並列，說孔明是臥龍，龐統是鳳雛，司馬徽是水鏡。
不久，郡中任命龐統為功曹。龐統有知人之明，他喜歡評判人品高下，樂於培植養成別人的聲望，但是他稱贊別人時，往往超過那人的實際才能，多有溢美之辭。
時人們覺得奇怪，問其原故。龐統說：“當今天下大亂，雅道陵遲，善人少而惡人多。方欲興風俗，長道業，不美其譚即聲名不足慕企，不足慕企而為善者少矣。今拔十失五，猶得其半，而可以崇邁世教，使有誌者自勱，不亦可乎”(《三國誌·蜀書·龐統傳》)？
吳國將領周瑜幫助劉備攻取荊州，兼任南郡太守，龐統仍為功曹。周瑜去世，龐統送葬到吳地。吳人多聞其名，因此，當他要西返荊州時，眾多知名人士齊會昌門，為他送行，陸績、顧劭、全琮都參加了聚會。龐統又開始品評人物，他說：“陸子可謂駑馬有逸足之力，顧子可謂駑牛能負重致遠也。”接著，他又對全琮說：“卿好施慕名，有似汝南樊子昭。雖智力不多，亦壹時之佳也。”陸績、顧劭對龐統說：“使天下太平，當與卿***料四海之士”(《三國誌·蜀書·龐統傳》)。於是，龐統跟他們深相結交而歸。
事後，有人曾問龐統：“照您看，陸績比顧劭好嗎?”龐統說：“駑馬雖然精良，但乘坐的只是壹人罷了。駑牛壹天走三十裏，所負載的哪裏只是壹個人的重量呢?”據說，顧劭去見龐統，住在龐統那裏，兩人談論起來。顧劭問：“您有善於知人之名，妳說說，我和您相比，誰好壹些?”龐統說：“講到陶冶世俗，甄綜人物，我比不上您，但是，如果論帝王之秘策，攬倚伏之要最，我可就比您強壹點了。”顧劭認為龐統的話有道理，和他親近起來。
劉備占據荊州，任荊州牧，龐統以從事的身份試署耒陽縣令。在任不理縣務，治績不佳，被免官。吳將魯肅寫信給劉備，推薦龐統，信中說：“龐士元非百裏才也，使處治中、別駕之任，始當展其驥足耳”(《三國誌·蜀書·龐統傳》)。諸葛亮也對劉備說起過龐統。於是，劉備召見龐統。兩人縱論上下古今，劉備對他大為器重，任命他為治中從事。此後，劉備倚重龐統的程度僅次於諸葛亮。龐統和諸葛亮同為軍師中郎將。
壹次，劉備與龐統閑談，問他：“妳曾經擔任周瑜的功曹。聽說那次我到吳國，周瑜曾上秘信給孫權，讓孫權扣留我，不知是否真有此事？在誰的手下，當然就該忠於誰，妳不必隱瞞。”龐統回答：“確有此事。”劉備慨然嘆息：“當時我正在危急之中，有求於孫權，所以不能不去見他。去了，竟差壹點落到周瑜手中！”劉備還說：“天下智謀之士，所見略同。孔明那時也勸我不要去，而且壹再堅持，想來也是怕孫權扣留我。我當時卻認為孫權所要提防的是北面的曹操，應該希望有我做他的援手，所以才堅持去見他，壹點也沒有疑慮。現在想來，這確實是壹步險棋，並非萬全之計。”
建安十六年(211)，法正奉益州牧劉璋之命到荊州，迎接劉備入益州***拒張魯。法正私下向劉備獻秘計，請劉備借機謀取益州。劉備猶豫再三，不能決斷。龐統進言，他說：“荊州荒蕪殘敗，人物流失殆盡。且東有孫權，北有曹操，難以有大的發展。益州戶口百萬，土地肥沃，物產豐饒，如果真能奪取此地，以為根基，當可成就大業。”劉備仍然擔心：“如今與我水火不同的是曹操，曹操峻急，我便寬厚，曹操暴虐，我便仁慈，曹操狡詐，我便忠誠。凡事與他相反，就有可能得民心、有成就。如今為得益州，失信於天下，能行嗎?”龐統說：“如今正當亂離之際，凡事不能墨守成規，要隨枷權變才好。況且吞並弱小，攻擊暗昧，逆取順守，報之以義，正是古人所重視的。只要事定之後，封還他壹塊土地，還有誰能說您有負信義呢?不趁現在攻取益州，到時就會被別人占了先機。”劉備認為龐統說得有理，決定留諸葛亮、關羽等鎮守荊州，而自己則帶領龐統，率領數萬兵士進入益州。
益州牧劉璋和劉備在涪城相會，龐統獻策：“今因此會，便可執之，則將軍無用兵之勞而坐定壹州也。”劉備說：“初入他國，恩信未著，此不可也”(《三國誌·蜀書·龐統傳》)。劉璋隆重地招待劉備及其部下，增撥給劉備不少人馬糧草和軍用物資，連戰略要隘白水關也交給他督理，命他率兵去進擊張魯。劉璋交代完畢，就回了成都，劉備則率部到了葭萌關。
此時的劉備實力大增，已有部眾三萬多人，車馬整頓，兵甲鮮明，糧秣充足，士氣振作。但他並末立即去進攻張魯，而是停在葭萌，厚樹恩德，以收民心。
建安十七年(212年)十二月，劉備在葭萌關屯駐已經壹年。龐統就戰略問題，向劉備獻上三條密計：“陰選精兵，晝夜兼道，徑襲成都，璋既不武，又素無預備，大軍卒至，壹舉便定，此上計也。楊懷、高沛，璋之名將，各仗強兵，據守關頭，聞數有箋諫璋，使發遣將軍還荊州。將軍未至，遣與相聞，說荊州有急，欲還救之，並使裝束，外作歸形；此二子既服將軍英名，又喜將軍之去，計必乘輕騎來見，將軍因此執之，進取其兵，乃向成都，此中計也。退還白帝，連引荊州，徐還圖之，此下計也。若沈吟不去，將致大困，不可久矣”(《三國誌·蜀書·龐統傳》)。
劉備認為中計有道理，依計而行。斬楊懷高沛，揮兵直指成都，壹路勢如破竹，所經過的地方都順利攻克，很快便打到了涪城。在涪城，劉備大會將士，置酒作樂，誌得意滿。他乘著酒興對龐統說：“今日之會，可謂樂矣。”龐統卻說：“伐人之國而以為歡，非仁者之兵也。”時劉備已醉，怒道：“武王伐紂，前歌後舞，非仁者邪？卿言不當，宜速起出？”於是龐統起身而退。劉備馬上後悔了，請他回來。龐統回到原來的位置上坐下，不看劉備，也不道歉，飲食自若。劉備說：“向者之論，阿誰為失？”龐統說：“君臣俱失”(《三國誌·蜀書·龐統傳》)。劉備大笑，酒宴上又恢復了歡樂的氣氛。
裴松之評價劉備和龐統的這次爭論說：“謀襲劉璋，計雖出於統，然違義成功，本由詭道，心既內疚，則歡情自戢，故聞備稱樂之言，不覺率爾而對也。備酣宴失時，事同樂禍，自比武王，曾無愧色，此備有非而統無失。其言‘君臣皆失’，蓋分謗之言耳。”
不久，劉備包圍雒城(現今的德陽廣漢壹帶)。龐統率眾攻城，被飛箭射中，死去。時年三十六歲。劉備極為痛惜，壹說到龐統就流淚。為表彰他的功勛，任命他的父親為議郎，後升任諫議大夫。劉備追賜龐統為關內侯，定其謚號為靖侯。
龐統死後，葬於落鳳坡，墓地只有簡單的維護，據說這是劉備為其親選的墓地，可府北看南，是壹塊風水寶地，現有墓碑壹塊。
在龐統墓約2公裏處，有劉備為其建的祠墓，三進四合布局，石木結構(石墻、石柱、石漫、石柱廊、石窗)，古樸敦厚、肅穆莊重。依次排列著山門、“龍鳳”二師殿、“棲鳳”殿、龐統陵墓。祠內存有龐統及諸葛亮雕塑像，歷代匾聯、碑刻、字畫等大量珍貴文物史料。宋代文人陸遊路過龐統祠墓時，曾作詩壹首：
鹿頭山 過龐士元墓
士元死千載， 淒惻過遺祠 。
海內常難合， 天心豈易知。
英雄千古恨， 父老歲時思。
蒼蘚無情極， 秋來滿斷碑。
點評：龐統善能知人，議論英發，多出奇計，言必有中，實為壹代英才。可惜英年早逝，未成大功，令人嘆惋。