天啟七年（1627年）中舉人，精于計謀，崇禎十三年（1640年）冬，經(jīng)過李巖引薦入李自成幕下，建議“少刑殺，賑饑民，收人心”，崇禎十七年（1644年）正月，成為李自成大順政權時的天祐殿大學士，是闖軍中少有的文人，牛又薦舉軍師宋獻策。牛金星心胸狹窄，李自成進入北京后，以宰相弄權，牛金星熱衷于登極禮儀，教習登極儀式，不斷地勸進李自成。為吳三桂引清兵入關制造了借口，1644年4月26日，李自成率殘軍退回北京，下令殺吳襄全家三十余口。29日，在牛金星等的策劃下，李自成在明宮武英殿即皇帝位。次日，即逃離北京。途中牛金星讒殺李巖，致使起義軍軍心渙散，宋獻策因此離營。

清順治二年（1645年）夏，牛金星與其子牛佺投靠清廷為官，牛佺官任黃州知府。牛金星在明朝官紳中名聲極壞，清廷不便安排其職務，順治九年（1652年），老死于牛佺官署中。臨死前囑牛佺曰：“賴彌縫之巧，得不膏荊棘，可幸。要，不可恃也，吾死，必葬香山之陽，閉門教子勿再出”。葬于香山之陽（山南曰陽）。

明末約崇禎十年（1637年）左右，牛金星因與王姓親戚起釁（亦云“以事忤同邑之巨紳”），被誣以抗欠賦稅、強占婦女18人，而遭“盆冤”，被革去舉人，充軍盧氏當差服役。

李自成在北京做了一天皇帝，公歷1644年6月3日，在山海關一片石戰(zhàn)役中戰(zhàn)敗的李自成回到北京倉皇登基，在武英殿舉行登基典禮，封妻高氏為皇后，派丞相牛金星至天壇代為祭天。

崇禎十三年（1640年）冬，李自成率義軍入豫西，牛金星參加義軍，向李自成建議“少刑殺，賑饑民，收人心”，自成納之，遂成為義軍領導集團的重要成員。義軍占領襄陽后，改為襄京，牛金星為之建政設官。同年十月，義軍“據(jù)河洛”之勢已定，牛金星同眾謀士議定“取天下”的戰(zhàn)略戰(zhàn)術。崇禎十七年（1644年）正月，李自成入陜，以西安為西京，國號大順。這時，牛金星為天祐殿大學士（丞相），幫助李自成建設政權，籌劃進軍北京。三月十九日，義軍占領北京，崇禎自縊，明亡。義軍進京后，牛金星為丞相，他立刻就被榮華富貴沖昏了頭腦，忙于籌備登基大典，建政設官，迎來拜往，過花天酒地的生活，未能對時局采取正確決策，以鞏固政權。大順元年（1644年），清軍入關，李自成阻擊失敗。而此時的牛金星不僅沒有為李自成出謀劃策，反而挑撥離間，害死了大將李巖、李牟兄弟，使劉宗敏氣急出走，加速了大順政權的分裂與失敗。四月三十日，義軍被迫撤出北京，退至西安。十二月清軍攻克潼關，西安難以堅守，牛金星隨李自成撤退至湖廣通城縣。五月十七日，李自成到通城九宮山元帝廟拜神后，由于勞累過度在神臺旁熟睡，不幸被當?shù)剜l(xiāng)民當賊誤殺（一說上山勘探軍情被地主武裝襲擊，全軍覆沒，死于亂軍之中）。大順軍群龍無首，有的降清，有的聯(lián)明抗清，后遭失敗。牛金星后改名換姓隱居于江西武寧縣魯溪深山老林當了道士（一說變節(jié)投降清朝）。