天庆元年（1111年），萧贞一担任辽上京
临潢府（今内蒙古自治区
赤峰市巴林左旗
林东镇南郊）
留守，将卢彦伦召为留守府的属吏，在处理事务中以精明能干闻名。当时，临潢府境内有很多盗寇，而城中的士兵没有统帅，留守因为卢彦伦有才干，就向朝廷推荐让他统帅军队，朝廷当即任命卢彦伦为
殿直、勾当兵马公事。
天庆四年（1114年），辽军在
出河店被金兵击败，大批溃兵逃回临潢府，官府因为无力供养，就让溃兵散居在百姓家中，而且下令让百姓为士兵提供给养，而溃兵在百姓家中恣意妄为，无恶不做，百姓苦不堪言。
上京留守耶律赤狗儿无力制止溃兵，只好召集军民训话，他说：“契丹人、汉人早就是一家人了，现边境军情紧急，国家用度不足，致使兵士久居于百姓之家，如果士兵对百姓有侵扰，百姓也应理解。”大家都不敢反驳。只有卢彦伦站了出来，他说：“战事发生以来，民间财力困竭，如今要百姓为国家供养军士，固然义不容辞。但这些士兵恣行强暴，百姓实在难以忍受。况且契丹人、汉人都是大辽的子民，为什么要强行夺取汉人财物给契丹人呢？”
金兵第一次兵临临潢府，金兵军中有叫辛讹特刺的人，原来是临潢府驿站的小吏，与卢彦伦是好友，因此被金兵派来招降卢彦伦，卢彦伦拒不投降，而且下令杀了辛讹特刺。随后，辽廷任命卢彦伦为
团练使、勾当留守司公事。
天辅四年（1120）五月，
金太祖亲率金军进攻辽都城上京临潢府，辽上京留守挞不野企图据城固守，但不到半天功夫，外城即被金军攻破，挞不野被迫率军出降，卢彦伦也随挞不野出降。被任命为夏州
观察使（
遥授），权发遣上京留守事。
金军撤军还师后，挞不野据城反金，卢彦伦率领所部将挞不野逐走，随后大肆杀戮，将城中契丹人尽数斩杀，并派遣使者向金军报知此事。不久，辽将
耶律马哥率兵进攻临潢府，卢彦伦率军固守长达七个月，后来金兵派援兵来了，辽兵才解围而去，卢彦伦因功被召入朝中晋见。
天会二年（1124年），任知上京新城事，主持上京
会宁府的修建。卢彦伦亲自规划，京城中民居、府衙、宫殿布局都很得法。
此后，卢彦伦改任静江军节度留后（遥授），知
咸州（治今辽宁省开原市）烟火事。不久，升任静江军节度使（遥授）。
天眷元年（1138年），担任行
少府监兼都水使者，充提点京城大内所，后改利涉军（治今吉林省农安县）节度使。不到一个月，被召还京城，复任提点京城大内所。卢彦伦为人机智巧妙，能迎合
悼平皇后的意愿，因而颇受宠用。过了一年多，就升任侍卫亲军马步军都指挥使，期间还出任出使宋国的贺岁元使。其后又改礼部尚书，加特进，封郇（xún）国公。
天德二年（1150年），卢彦伦出京担任大名府尹。天德三年（1151年），金主
完颜亮令他营造燕京的宫室，同年，卢彦伦因病去世，享年六十九岁。
金上京城始建于金太宗天会年间，完善于金熙宗皇统年间。金上京城的总设计师和工程负责人就是卢彦伦。他原在辽国做官，金军攻辽上京时降金。此后。因其守临潢府有功，而被召到金上京会宁府为官。由他所营造的金上京会宁府，城址并不在金太祖建国初所居的皇帝寨，为了区别开，当时称卢彦伦所建的城为“新城”。
卢彦伦不但对辽上京临潢府的建筑形制了如指掌，而且对北宋都城的建筑风格与特色有所把握。因此在设计新城时，按照太宗与熙宗的意见，把辽上京和宋汴京的风格溶为一体，使金上京都城成为中国建筑史上独具风格与特色的杰作。
《金史》：“危难之际，两军方争，专城之将，国家之轻重系焉。李师夔非有君命，为众所推，又能全活其人，犹有说也。卢彦伦之降，虽云城溃，初志不确，何尤乎
毛子廉。至如子廉不仕海陵，沈璋以片言降张觉，一善足称，何可掩也。”