黑云龍的祖父黑廣是山西大同人，嘉靖十七年（1538年）被入侵的蒙古俺答部殺害，黑云龍的父親黑曉也被蒙古人擄走，后于嘉靖三十六年（1557年）逃回，在宣府以家丁身份從軍，屢建戰(zhàn)功，升為游擊（檔案上記載為千戶），被稱為驍將。

萬歷二十七年（1599年），時年十五歲的黑云龍襲父職為宣府前衛(wèi)指揮僉事。萬歷四十七年（1619年）升為張家口守備。天啟二年（1622年）以宣府都司僉書加升游擊職銜、管獨石參將事。

天啟三年（1623年）升任葛峪堡參將。因參與修造長城沿線的軍事設施有功，被宣大總督馮嘉會上疏褒獎。天啟六年（1626年）三月升為薊鎮(zhèn)東路副總兵，十一月又加署都督僉事。

此階段黑云龍與閹黨關系密切，曾與魏忠賢、張春、紀用、劉應坤等一道受賞。天啟七年（1627年）七月升宣府鎮(zhèn)總兵。但隨即崇禎帝登極，閹黨失勢，黑云龍也在數(shù)月后因事革職。

崇禎二年（1629年）冬，后金軍從大安口破關，首次侵入明朝內地，京師大震，是為己巳之變。黑云龍加入了大同總兵滿桂的勤王隊伍，千里馳援京師。崇禎帝即召黑云龍覲見，重新起用他為山海關總兵，代替不久前戰(zhàn)死的趙率教，命他率領新募的士兵御敵于北京城外。

朝廷撥給黑云龍的部下多由市井之徒倉促組成，缺少戰(zhàn)斗力，而崇禎帝又催促滿桂出城迎戰(zhàn)后金，因而明軍戰(zhàn)敗。黑云龍被箭射穿臉頰，墜落馬下，被后金額駙和碩圖等生俘，與他一起被擒的還有總兵麻登云，滿桂則力戰(zhàn)殉國，時為十二月十七日。

黑云龍被俘后，雖然受到百般威逼利誘，卻始終不肯投降，不過也沒有反抗行為。后金汗皇太極則對漢人采取籠絡為主的政策，因此并不加害，只是羈系之，后來還予以賞賜，希望黑云龍、麻登云能為后金效力，麻登云雖然一度投降后金，但黑云龍并未明確答應。

明朝以為黑云龍已投降后金，故將其家屬15人羈押，而崇禎帝則秘密派人與黑云龍接上頭，說服他回國，并于崇禎四年（1631年）九月令黑云龍之子寫密信（此或為說服黑云龍回國之條件，以使其確認家人平安）。

當時黑云龍正隨從皇太極圍困大凌河城，接到兒子的親筆書信后便趁隙殺看守逃走，時為九月二十七日的大雨滂沱之夜。黑云龍單騎狂奔，并身負重傷，終于回到明朝，十月七日，崇禎帝命其官復原職。

隨后，崇禎帝還派人詢問他關于后金的情報。如揭發(fā)朝鮮與后金往來密切、向后金提供大量戰(zhàn)略物資的情況，促使明朝對朝鮮實行貿易封鎖；又建議朝廷在邊境草木茂盛處燒荒，對騎兵為主的敵軍起到了一定的遏制效果。

崇禎七年（1634年）七月，明廷允許黑云龍朝參，隨即加升他為后軍都督府右都督，留守京師，管神樞營右副將事。當時正值后金軍入塞大掠，明廷讓黑云龍寫信勸降麻登云、鮑承先等投金明將，此后又安排他負責收留管理自后金逃歸的漢人。

崇禎九年（1636年）四月，皇太極改國號為大清，同年又一次派兵大舉入塞侵明。七月，清軍抵達北京郊外。按照明朝的說法，清軍因為畏懼黑云龍的勇敢，想用反間計將他除掉，于是寫信給黑云龍，約定里應外合攻城；崇禎帝不受反間，召見黑云龍，命令他將計就計，偽裝投清，誘敵深入。黑云龍于是設下埋伏，把清軍騙來，打了一場勝仗，得到了一些首級。剩下的清軍發(fā)覺中計，連忙退走良鄉(xiāng)。

此后黑云龍告假還鄉(xiāng)，到了崇禎十七年（1644年）二月，農(nóng)民軍李自成已經(jīng)坐大，并向北京進軍，宣府的監(jiān)視太監(jiān)杜勛請求黑云龍效力于宣府的防守，崇禎帝批準。但到了三月初六日（一說初八或十一日），杜勛卻伙同宣府總兵王承胤獻城于李自成，黑云龍大罵不降，與六子黑明孝、七子黑明廉一道被農(nóng)民軍所殺。后入祀本地的褒忠祠。

《懷陵流寇始終錄》、《甲申紀事》等書則記載黑云龍投降了李自成并隨其進京。

有人主張黑云龍為回族，理由是“黑氏幾乎是回族專有之姓，赤誠（城）宣化一帶黑姓回民很多”。但此說無法在史料中得到證實。