河南開封人，萬曆四十七年（1619）進士，授南京兵部主事，召改禮部，歷儀制郎中。天啟五年（1625），遷撫治西寧參議。七年（1627），調永平兵備副使。督撫以下為魏忠賢建祠，廷棟獨不往，乞終養歸。梁廷棟身後評價兩極。崇禎三年（1630），原兵部尚書申用懋罷，由梁廷棟接任。《明史》記載：「廷棟居中樞歲餘，所陳兵事多中機宜，帝甚倚任。然頗挾數行私，不為朝論所重。」崇禎八年（1635），召拜兵部右侍郎兼右都御史，代楊嗣昌總督宣大、山西軍務。明年七月，清兵越過天壽山，進入昌平，逼京師。天壽山后地，乃廷棟所轄也，命戴罪入援。兵部尚書張鳳翼懼罪，自請督師。兩人恇怯不敢戰，近畿地多殘破。後來兩人畏罪服毒自殺。此外，袁崇煥死事，也有說法認為是遭梁廷棟陷害，文獻可見《明本兵梁廷棟請斬袁崇煥疏》。但梁廷棟家鄉也有這樣的傳說，說他是一位忠臣，一個領兵大元帥，後來被奸臣所害，被崇禎皇帝砍頭，皇帝後悔，給他換了金頭裝在遺體上。河南鄢陵梁老村裡現還保存有一對石獅子，據說就是梁廷棟的遺物。