1935年，袁乃晨开始在北平就读于知行实习学校。1936年，转入北平第一中学。1938年，参加八路军冀中军区三纵队独立第一支队二团，担任政治处宣传干事；同年，加入中国共产党。
1939年，袁乃晨被送到一二零师二支队战捷剧社任演员，后担任戏剧队长、副指导员等职。1943年，担任晋绥鲁艺分院戏剧班班长。1945年9月，担任120师政治部战斗剧社演员。
1946年，袁乃晨调入东北电影制片厂（长春电影制片厂前身），担任演员剧团副团长。1947年，在短故事片《
留下他打老蒋》中饰演营长。1948年，执导科教片《
预防鼠疫》。
1949年，开始执导译制片，并完成了中国第一部译制片《
普通一兵》，该片反映前苏联近卫军战士马索特洛夫英勇事迹；在译制过程中，他开创性地运用了翻译影片“对口型”的译配方法；同年，完成剧情电影《
俄国问题》译制工作。
1952年11月，担任中央电影局翻译片组组长，主管全国翻译影片工作。1953年，与
吕班联合执导剧情电影《
英雄司机》。1956年8月，担任长春电影制片厂导演，并执导了剧情电影《马》。1958年，由其执导的剧情电影《
悬崖》上映，该片由
秦文、周正共同主演。1960年，执导由
白德彰、郭书田搭档主演的剧情电影《
昆仑铁骑》。
1963年，执导农村题材电影《
两家人》，该片根据刘澍德的小说《桥》改编。1973年，与
苏里联合执导剧情电影《战洪图》。1974年，执导剧情电影《向阳院的故事》，该片根据徐瑛的同名小说改编。1976年，执导戏曲片《
辕门斩子》。
1978年，由其执导的歌舞电影《
蝶恋花》上映。1983年，与
任彦芳合作创作了电影剧本《
风云初记》；9月，袁乃晨离休。2004年，袁乃晨获得第1届长白山文艺奖终身成就奖。2008年，袁乃晨获得第17届金鸡百花电影节终身成就奖。2015年，获得中共中央、国务院办公厅颁发的“纪念抗日战争胜利70周年荣誉奖章。
袁乃晨的妻子是长春电影制片厂电影剪辑师
刘英。2015年10月6日，袁乃晨逝世，享年97岁；10月7日凌晨3时30分，刘英逝世，享年85岁；10月8日上午，袁乃晨的遗体告别仪式在长春息园西厅举行。
袁乃晨有着矫健的身躯、流畅的言语、严谨的思维、丰富的表情、认真的态度、生气勃勃的创造精神，他对演员的要求十分严格。在舞台上他灵活自如，而且他聪明好学，在转作故事片导演后，他把以前在部队中的经历运用到所拍摄的影片中，因此他的作品朴素、真挚、感人，具有很强的生活气息，人物刻画真实，有个性。同时，他日常生活俭朴，少许吸烟、不嗜酒，最大的爱好就是读书，关心国家大事。他也是一位心直口快、内向、热心肠的人，从不张扬自己（《电影文学》、《电影艺术》、新浪娱乐综合评）。