Khi lớn lên, Nguyễn Lương Bằng làm nhiều nghề kiếm sống (nghề may, phụ bếp, công nhân tàu biển).

Năm 1925, sau khi sang Quảng Châu, Trung quốc, Nguyễn Lương Bằng được gặp Lãnh tụ Nguyễn Ái Quốc và bắt đầu tham gia hoạt động cách mạng; được kết nạp vào Hội Việt Nam cách mạng thanh niên và theo học lớp huấn luyện chính trị do Nguyễn Ái Quốc tổ chức.

Tháng 9/1926, Đồng chí rời Quảng Châu về Hải Phòng, làm nhiệm vụ thiết lập đường dây liên lạc Hải Phòng - Hương Cảng (Hồng Kông) - Quảng Châu, chuyển tài liệu, sách báo cách mạng về trong nước, vận động, tuyên truyền cách mạng ở Hải Phòng, Nam Định, Thái Bình...; từ tháng 10/1927 đến tháng 12/1928, Đồng chí vào Sài Gòn tuyên truyền, vận động cách mạng trong công nhân và thanh niên.

Tháng 12/1928, Đồng chí trở lại Hải Phòng hoạt động trong phong trào công nhân và đi “vô sản hóa”. Giữa năm 1929, Tổng bộ Hội Việt Nam cách mạng thanh niên điều động Đồng chí sang công tác ở Hương Cảng (Hồng Kông). Tại đây, tháng 10/1929, Đồng chí được kết nạp vào chi bộ An Nam Cộng sản Đảng.

Tháng 12/1929, Đồng chí đến Thượng Hải (Trung Quốc) gây dựng cơ sở trong Việt kiều và binh lính người Việt trong tô giới Pháp.

Năm 1931, Đồng chí bị mật thám Pháp bắt tại Thượng Hải, áp giải về nước; lần lượt bị giam tại bốt Catina (Sài Gòn), nhà tù Hỏa Lò (Hà Nội), nhà lao Hải Dương. Sau khi bị tòa án thực dân tại Hải Dương kết án phát lưu chung thân, Đồng chí lần lượt bị giam tại nhà lao Hải Dương, nhà tù Hỏa Lò (Hà Nội).

Tháng 12/1932, Đồng chí vượt ngục và tiếp tục hoạt động cách mạng.

Cuối năm 1933, Đồng chí bị thực dân Pháp bắt lần thứ hai và bị tòa án thực dân ở Bắc Giang kết án khổ sai chung thân.

Tháng 5/1935, Đồng chí bị đày lên nhà tù Sơn La.

Tháng 8/1943, cùng một số cán bộ của Đảng vượt ngục thành công và trở về tiếp tục hoạt động cách mạng; Đồng chí được Thường vụ Trung ương Đảng giao phụ trách công tác tài chính và công tác binh vận.

Tháng 8/1945, tại Hội nghị toàn quốc của Đảng họp ở Tân Trào, Tuyên Quang (ngày 14 - 15/8), Đồng chí được bầu làm ủy viên chính thức Ban Chấp hành Trung ương Đảng. Đại hội Quốc dân họp ở Tân Trào (ngày 16 - 17/8) đã bầu Đồng chí vào Ban Thường trực ủy ban giải phóng dân tộc Việt Nam.

Từ sau Cách mạng Tháng Tám, Đồng chí liên tục là ủy viên Ban Chấp hành Trung ương Đảng, lần lượt giữ các chức vụ: Trưởng ban Kinh tế - Tài chính Trung ương sau đổi thành Ban Tài chính Trung ương (1947 - 1951); Tổng Giám đốc Ngân hàng Quốc gia Việt Nam (1951 - 1952); Đại sứ Việt Nam tại Liên Xô (1952 - 1956); Tổng Thanh tra Ban Thanh tra Trung ương của Chính phủ (1956 - 1960); Trưởng Ban Kiểm tra Trung ương Đảng (1960 - 1969); Phó Chủ tịch nước (1969- 1979).

Ngày 20/7/1979, do tuổi cao sức yếu, đồng chí Nguyễn Lương Bằng từ trần, hưởng thọ 75 tuổi.

Với 75 tuổi đời, hơn nửa thế kỷ phấn đấu hoạt động cách mạng dưới ngọn cờ của Đảng Cộng sản Việt Nam và Chủ tịch Hồ Chí Minh vĩ đại, đồng chí Nguyễn Lương Bằng là một tấm gương sáng về một chiến sĩ cộng sản kiên trung, một lãnh đạo tiền bối tiêu biểu hết lòng vì độc lập dân tộc, vì tự do, hạnh phúc của Nhân dân. Đồng chí được Đảng, Nhà nước truy tặng Huân chương Sao Vàng vì những công lao to lớn đối với sự nghiệp cách mạng của Đảng và dân tộc. ​