1924年6月20日，卞孝萱生于扬州没落的书香门第。出生不到两个月，父亲去世，寡母与卞孝萱相依为命。不识字的母亲每天先向邻人学会几个字，然后回家教卞孝萱。日后有几十位前辈为此事作画赋诗填词。如柳亚子赠诗云：“教儿先就学，即学即传人，此是弥天愿，宁关一室春。”陈寅恪诗《寄卞孝萱》其一为：“卞君娱母以文字，千里乞言走书至。我诗虽陋不敢辞，嘉君养亲养其志。”
日军侵华，扬州沦陷，物价飞涨。卞孝萱到溱潼镇就读于江苏省立第一临时高级中学，18岁毕业后便只身前往上海谋生，白天在银行工作，晚间进夜校补习，走上自学之路，遇到疑难问题，便向学者求教。1948年肄业于上海立信会计专科学校。曾先后就职于上海远东商业银行、上海及厦门中国实业银行。
1949年，卞孝萱调到北京工作。同年9月参加了中国民主建国会。1952年至1956年，任北京市中国民主建国会秘书。他利用业余时间，刻苦自学，从收集、整理辛亥革命时期重要人物碑传入手，研究清以后政治、经济、军事、文化各方面人物的墓碑、墓志铭、家传、行状等，发表了一批学术文章。1956年受推荐到中国科学院近代史研究所工作，在范文澜指导下，协助修订《中国通史简编》。当时卞孝萱最常去的两个地方，一个是可以淘到旧书的琉璃厂，一个就是北海附近的北京图书馆。正是在图书馆看书时，卞孝萱认识了章士钊的秘书王益知，后来成了章士钊家的常客，共同研究柳宗元的文章。章士钊出版《柳文指要》时，需要卞孝萱当助手，便写信给周恩来，请将卞孝萱从干校调回北京。卞孝萱协助章士钊校勘《柳文指要》全稿，在章家工作了一段时间。《柳文指要》出版后，章士钊在赠卞孝萱的著作上题词：“孝萱老棣指疵。此书出版，荷君襄校之力，甚为感谢。”
“文革”后期，卞孝萱回到家乡执教，从1976年至1981年，任扬州师范学院副教授。1981年至1984年，任北京市中国民主建国会部负责人。1984年调入南京大学中文系古典文献研究所，1986年任南京大学中文系教授，博士生导师，他与程千帆、周勋初等组成实力雄厚的学术队伍，培养了一批博士、硕士研究生，所开设的中国文化史、年代学研究、唐代小说与政治等课程，深受学生欢迎。1979年至1992年，任中国民主建国会第三届至第五届中央委员会委员。1994年10月离休。
离休以后，卞孝萱先生仍担任《中国思想家评传丛书》副主编，并任中国唐代文学学会韩愈研究会会长、江苏省六朝史研究会名誉会长、清代扬州画派研究会名誉会长，中国历史文献研究会常务理事，中国唐史学会、中国魏晋南北朝史学会、中国唐代文学学会柳宗元研究会、安徽省桐城派研究会、湖北省吴楚文化研究会等学术团体顾问。
卞孝萱先生自学文史书画成家，涉猎领域广泛，出版各类著作约四十种，发表论文近三百篇，在国内外文史学界享有盛誉。其学术生涯始自中国近代史研究，所收集、整理的《辛亥人物碑传集》、《民国人物碑传集》两书，正是其早年研究中国近代史的总结。卞先生以唐代文史为主攻方向，突破了治文者不治史、治史者不治文的单一范围，开拓出点面结合、文史结合的广阔领域，先后撰写了《刘禹锡年谱》、《元稹年谱》、《唐代文史论丛》、《刘禹锡丛考》等，主编了《中华大典·文学典·隋唐五代文学分典》、《唐代文学百科辞典》等。在文史结合方面，卞先生尤为脍炙人口者是对唐传奇的研究，其《唐传奇新探》、《唐人小说与政治》等书，备受学界称道。卞先生晚年锐意于新领域的探索，《郑板桥丛考》、《现代国学大师学记》、《家谱中的名人身影——家谱丛考》等，都是卞先生耄耋之年的力作。
2009年9月5日12时18分，卞孝萱先生因病医治无效，在南京鼓楼医院逝世，享年86岁。
卞孝萱先生在长期的执教与讲学生涯中，以其“专通坚虚”的学风、诲人不倦的师德、提携后进的懿行、平易近人的态度，赢得了学界与社会的尊敬与爱戴。