伏湛，字惠公，琅琊东武（今
山东诸城）人。九世祖
伏胜，字子贱，即济南（郡治今山东章丘南）人、西汉经学家
伏生。伏湛的高祖父伏孺，在
汉武帝时，客居东武讲学，于是把家安在那里。父亲伏理，是当世名儒，用《诗经》教授
汉成帝，做高密太傅，自成一家学说。
伏湛生性孝顺友爱，年轻时继承父亲的学业，教授几百人。汉成帝时，靠父亲的功绩做博士弟子。五次升迁后，到
王莽时任绣衣执法，受命督察大奸，升任后队属正。
更始元年（23年），更始帝
刘玄称帝，任伏湛为平原太守。当时突然兵乱兴起，天下惊慌骚动，而伏湛独自很安逸，教学不停止。他对妻子儿女说：“如果一季粮食没有收成，国君吃不下饭；如今百姓都饿，为什么我们独自饱餐？”于是大家一道吃粗粮，把俸禄全分送乡邻，来他家作客的一百多家。当时他家有个管事的一向有力气，商量想为伏湛起兵，伏湛恨他蛊惑大家，立即抓住杀了他，把人头在城中示众，来晓谕百姓，从此官民信任并归向他，郡内得以安定。平原一郡，是伏湛保全的。
建武元年（25年），
光武帝刘秀继位，建立
东汉。光武帝知道伏湛是名儒老臣，想让他主管机要，召拜
尚书，派他主管制定旧有制度。当时大司徒
邓禹西征
关中，光武帝认为伏湛才能胜任
宰相，拜任他做
司直，行大司徒事。光武帝车驾每每出外征战，他常留京镇守，总管各部门。建武三年（27年），终于代替邓禹做大司徒，封爵阳都侯。
当时
彭宠在
渔阳反叛，光武帝想率军亲征，伏湛上疏劝说道：“臣听说
周文王受命讨伐五个国家，必先以之询问同姓，然后和群臣商议，加上用蓍草龟甲占卜，来确定行动，因此谋划就会成功，占卜就会吉利，战斗就会获胜。《
诗经》说：‘帝对文王说，询问你的族人，会集你的兄弟，带上你的云梯，以及你的战车，来攻打
崇国。’崇国人坚守城池，文王撤兵修文德然后再攻伐，原因是重视人命，相机行事，因此三分天下他占有二分。陛下承大乱紧急的时候，禀受天命做皇帝，光宗耀祖，前后四年，攻减檀乡，制服
五校，降服
铜马，攻破
赤眉，诛杀
邓奉等人，不算没有功绩。如今京城空虚，费用不足，没有能使近处降服却先对付边塞之外；况且渔阳的地方，紧挨北狄，狡猾的敌人受困逼，必定求助北狄的帮助。另外现在所经过的县镇，尤其穷困。种田的人家，大多在城市，听说官兵要来，应当已经把粮食收藏好了。大部队远行二千多里，人马疲劳，运粮艰难。现在
兖州、
豫州、
青州、冀州，是中原的城市，但盗贼横行，没有来得及听从教化。渔阳以东，本是边塞，土地连接塞外敌人，赋税很少。平安的年代，尚且依靠内地郡县，何况现在荒芜消耗，哪值得先图谋攻取？而陛下舍近求远，避易就难，四方惊疑奇怪，百姓害怕，这的确是臣感到疑惑的。还是希望陛下向远处观察文王重视用兵广泛谋划，往近处考虑征伐前后的事宜，询问有关官吏，让他们献出全部计策，采纳其中好的，由陛下来考虑选择，以中原的利益为忧念。”光武帝看了他的奏章，终于没有亲自出征。
建武三年（27年）冬天，光武帝车驾征伐
张步，留伏湛镇守京城。当时在高庙举行蒸祭，而河南尹、司隶校尉在庙中争论，伏湛没有报告光武帝，坐罪被免官。
建武六年（30年），改封为不其侯，食邑三千六百户，派他去封地。后来南阳太守
杜诗上书推荐伏湛说：“臣听说
唐尧、
虞舜靠得力大臣而稳定，周文王因多有贤士安宁，因此《
诗经》称‘济济’，《
尚书》说‘良哉’。臣杜诗私下看到前任大司徒阳都侯伏湛，自从入学，品行终无污点，诚实好学，恪守规矩，经学可做别人的老师，品行可算别人的表率。先前在河内朝歌以及在乎原，官民敬畏爱戴他，效法学习他。遇上时代变乱，兵乱不停，他守节持重，有不可改变的志向。陛下深知他的才能，以宰相的重要地位来显扬他，广大贤士百姓，敬仰他的道德行义。因小过失被贬斥，长期不再任用，有见识的人感到可惜，儒士觉得痛心，臣私下担忧这件事。伏湛相貌堂堂，足国家的光荣；他的智慧谋略，是朝廷的智囊。儿时磨砺自己的志向，年老不衰。才能足以引导王室，名声足以传播开给远方的人作示范。古时挑选诸侯来做公卿，因此四方的人回头，仰望京城。栋梁之臣，应做辅佐大臣，出入宫禁，补缺拾遣。臣杜诗愚笨，不能够知晓宰相人才，私下心中小小的想法，岂敢不全说出来。臣先前做
侍御史，呈上秘密奏章，说伏湛公正清廉，爱护下人，好恶分明，家庭历代研究儒学，一向保持名誉信义，通晓经学修养品行，通晓国家政事，尤其适合在皇帝身边伺候，在左右进言。旧制度九州设五个尚书，令一郡两个人，可以用伏湛代替。这很遭主政的人的非议。但臣杜诗蒙受朝廷恩遇深厚，所说的的确对国家有好处，即使死也没有遗憾，因此又越职冒昧地把这事报告陛下。”
建武十三年（37年）夏天，朝廷征召伏湛，光武帝命令尚书选拜官的日子，没来得及到任，因为光武帝宴会召见时他中暑，病重去世。赐给棺材，光武帝亲临吊唁祭奠，派使者送葬修坟。
杜诗：①“自行束修，讫无毁玷，笃信好学，守死善道，经为人师，行为仪表。”；②“吏人畏爱，则而象之。”；③“秉节持重，有不可夺之志。”；④“湛容貌堂堂，国之光辉；智略谋虑，朝之渊薮。髫发厉志，白首不衰。实足以先后王室，名足以光示远人。”；⑤“湛公廉爱下，好恶分明，累世儒学，素持名信，经明行修，通达国政”
范晔《
后汉书》：①“湛、霸奋庸，维宁两邦。”；②“湛性孝友，少传父业，教授数百人。”