早年经历

　　明朝弘治初年，毛伯温游历至广东省惠州府博罗县主簿丁震家，丁震对毛伯温一见深器，就收留了他，并供他读了三年书。毛伯温离开广东后还专门寻找过丁震，并给丁家赠送了匾额。

　　正德二年(1507年)，毛伯温中举人。

　　正德三年(1508年)，毛伯温考中进士，初任绍兴府推官。

　　正德六年(1511年)，升任河南道监察御史，先后巡按福建、河南。任河南巡按期间，在湖南郴州汝城修建了绣衣坊，是中国现存最早的专门旌表监察官员的牌坊。

　　嘉靖元年(1522年)，宦官张锐、张忠等被判死刑，其同党萧敬、韦霦暗中想拖延行刑。毛伯温上书请求一并杀了萧敬、韦霦，宦官们因此才闭上了嘴巴。

　　仕途多舛

　　嘉靖初年，毛伯温升为大理寺丞，后又升为右佥都御史，巡抚宁夏。后因李福达一案被重提，毛伯温因为在大理寺时误判重罪，被罢官归乡。

　　嘉靖十一年(1532年)九月，毛伯温因为他人推荐而恢复旧职，朝廷令其巡抚山西，后又改为巡抚顺天，但他都没有上任。朝廷于是让毛伯温改为办理都察院的事务。

　　嘉靖十二年(1533年)，毛伯温升任为左副都御史。在这个职务上，他又受到赵王府的族人朱祐椋的攻击，被解除官职听候考察。过后又被开除了职务。

　　出征安南

　　嘉靖十五年(1536年)冬天，皇子朱载壡出生，明世宗打算向外国颁布诏书。礼部尚书夏言认为安南多年不来朝贡，不应当派遣使节，并进而请讨伐它。明世宗于是起用毛伯温为右都御史，让他和咸宁侯仇鸾整兵待命。毛伯温以父丧在身推辞，明世宗不答应。

　　嘉靖十六年(1537年)五月，毛伯温到达北京，递上六条方略。恰好这时安南国王孙黎宁派遣陪臣郑惟僚等人来诉说莫登庸弑君篡权，请明朝兴兵替他们复仇。明世宗怀疑情况不真实，命令毛伯温暂缓出兵，传令两广、云南守臣调查以后报上来，同时让毛伯温协助办理都察院的事务。御史何维柏奏请让毛伯温守完丧，世宗不答应。毛伯温只好称病不出，一直到除丧服的祭祀过后才出来理事。同年冬天，毛伯温升任工部尚书。

　　嘉靖十七年(1538年)春天，黔国公沐朝辅等拿莫登庸的降表献给朝廷，请求宽恕其罪，允许安南来朝贡。在此之前，云南巡抚汪文盛奏称，莫登庸听说朝廷将发兵前往讨伐他，派人偷偷来侦察我们。明世宗已传令要大臣按照以前的诏书出兵，汪文盛又采纳安南投降过来的武文渊的计策，上书说莫登庸可以拿下来的情况，一面又传檄要莫登庸向朝廷上表献地。此时，明世宗在大臣的意见下改命毛伯温担任兵部尚书兼右都御史，限期上任。后又因为明世宗的个人原因加上兵部尚书张瓒的无能，没有什么像样的计策，明世宗感到不高兴，责怪了张瓒一番，军队又停止出征了，毛伯温受命再次协助办理按察院的事务。

　　嘉靖十八年(1539年)二月，明世宗住在承天，诏令毛伯温去总督宣府、大同、山西的军务。不久选用东宫官员，又给他加官，兼任太子宾客。大同所管辖的镇边、镇川、弘赐、镇河、镇虏五座城堡，距城二百多里远，是接近敌人营帐的最边远地带。自从巡抚张文锦因为修筑这些城堡导致兵变后，没有人敢再主张维修它们了。伯温说：“兵变所以发生，是因为张文锦用人不当，并不是他的建议有什么不对。”于是修复了这些城堡，招募三千士兵在这里防守，分给他们空闲的田地，永久地免除他们的田赋。边防依仗这一点很有威力。论功，毛伯温被晋升为太子少保。时，莫登庸害怕明朝讨伐他，几次上书请求投降。明世宗也想借此机会安抚他，就派侍郎黄绾去招安。黄绾过多地提出各种要求，明世宗一怒之下罢了黄绾的官。然后又下交群臣议论，大家都说应当讨伐安南。明世宗同意了，就在闰七月里命令毛伯温、仇鸾南征，文武三品以下官员不听命令的，允许他们按军法处治。伯温等到达广西后，召集总督张经，总兵官、安远侯柳珣，参政翁万达、张岳等商定，征调两广、福建、湖广狼土官兵共十二万五千多人，分置三处哨所，从凭祥、龙峒、思陵州挺进安南，再用两支奇军作为声援部队。又传令云南巡抚汪文盛率兵驻在莲花滩，也分兵三路进军安南。部署已定，碰上仇鸾因罪被召回，就让柳珣取代了他。

　　嘉靖十九年(1540年)秋天，毛伯温等人进驻南宁，传檄安南臣民，告诉他们大明王朝要选择黎氏子孙继承祖宗的家国，只治莫登庸父子的罪，有带领郡县投降的，就拿这个郡县封赏他。又悬重赏缉拿莫登庸父子，同时传令登庸只要交上土地、人民的簿册并依此纳款，就照诏书中讲过的那些饶恕他的罪过。莫登庸非常害怕，派了使臣到万达那里求降，措辞很是可怜。万达把他们送到毛伯温那里。毛伯温奉命答应了，向他们传达了天子的恩德和威严，收取了安南国的地图、户籍，还有他们所归还的钦州四峒地区，暂且命令莫登庸的使臣回国听令。伯温把这些情况飞章上奏，明世宗极为高兴，发布诏书把安南国改名安南都统使司，让登庸当都统使，世代相承，在境内分设十三个宣抚司，由他自己安排。毛伯温接受讨伐安南的任务一年多时间里，没射过一支箭，安南就被平定，这是因为世宗本来就不打算动兵的缘故。事后论功，毛伯温被加官为太子太保。此战后，毛伯温将功劳很大的翁万达、张岳推荐给明世宗，二人遂得任用。

　　整饬边防

　　嘉靖二十一年(1542年)正月，毛伯温班师回朝，仍旧办理都察院的职事。边关上几次传来警报，毛伯温请修建京师外城。明世宗已批示说可以，给事中刘养直说修庙的工程正在进展中，物力跟不上，世宗就传令暂停修筑外城。同年十月，兵部尚书张瓒去世，毛伯温就代理兵部的事务。张瓒为人迷恋权柄，不能尽职，在兵部当了八年尚书，军事设施全给荒废了。毛伯温召集朝臣们商议后奏上二十四条防边建议，军令为之一新。有言官建议核实新军、京军及内府力士、工匠名额，以便节约开支，充实国库储备。毛伯温于是递上关于应当裁减的冗滥人员的二十多条意见，举凡锦衣、腾骧等卫，御马、内官、尚膳等监，这些一向被宦官们占据的部门，都在裁减之列。明世宗称赞这个建议，命令立即照此清理。朝廷中多年来存在的这些弊端得到了很大改善，却得罪了朝廷之中的宦官。

　　嘉靖二十二年(1543年)二月，明世宗南巡承天府，下诏让毛伯温总督宣、大、山西军务。不久，遴选宫僚，加兼太子宾客。毛伯温建议将大同管辖的镇边、镇川、弘赐、镇河、镇虏五五堡重新营建，募军三千防守，因此被加封为太子少保。

　　削籍病逝

　　嘉靖二十三年(1544年)秋天，顺天巡抚朱方因为防秋结束请撤回临时派驻的客兵。不多久，北寇大举入侵，直逼京师近郊。明世宗大为震怒，一并逮捕了总督翟鹏，让他充了军，把朱方打死在大棍之下。御史舒汀说，朱方只是建议撤回蓟镇的客兵，主张把宣府、大同的客兵一起撤回的是毛伯温和职方郎韩最。明世宗于是把毛伯温削除官籍，把韩最打了八十大棍，发配到最边远的地方充军去了，途中被赦免归乡。

　　嘉靖二十四年(1545年)，毛伯温因背上长出疽疮而死。