牟鴻勛自幼聰穎，文采出眾，加之家境富裕，18歲那年被父親牟奇祿送到武漢赴考。這是清末最后一屆科舉考試，牟鴻勛中了清末首案秀才，隨后被保送到武昌兩湖師范學(xué)堂深造，光緒三十四年（1908）肄業(yè)。在學(xué)堂時(shí)，受教于名儒章太炎門(mén)下，深受章先生器重。與同學(xué)孫武、張難先等來(lái)往密切，受到民主主義思想的影響，深感時(shí)局維艱，推翻封建統(tǒng)治勢(shì)在必行。

1910年，由孫武等人介紹，在武昌參加共進(jìn)會(huì)，成為共進(jìn)會(huì)骨干。1911年2月，以兩湖師范學(xué)堂總代表的身份，出席了熊秉坤、劉復(fù)基等人主持召開(kāi)的共進(jìn)會(huì)與文學(xué)骨干分子在武昌召開(kāi)的聯(lián)合會(huì)。同年八月，出席共進(jìn)會(huì)與文學(xué)社在武昌胭脂路召開(kāi)會(huì)議，牟鴻勛被公推為司勛和政治籌備委員，確定了軍政府組成人員名單。

1911年10月9日，孫武在漢口俄租界寶善里起義總機(jī)關(guān)試驗(yàn)炸藥，不慎起火，庫(kù)房被炸，清軍嚴(yán)加搜查。當(dāng)晚，牟鴻勛到武昌小朝街85號(hào)軍事指揮部，作進(jìn)攻總督府的部署，突然軍警破門(mén)而入，牟鴻勛與劉復(fù)基、彭楚藩等人當(dāng)場(chǎng)逮捕。10月10日凌晨，軍警對(duì)其嚴(yán)刑拷打逼供。雖說(shuō)他是兩湖師范學(xué)校的學(xué)生，作為謀反大逆者，照理說(shuō)沒(méi)可能幸免。但當(dāng)時(shí)兩湖師范學(xué)校的總務(wù)長(zhǎng)陳樹(shù)屏，是作為知府陪審。陳樹(shù)屏和牟鴻勛是師生關(guān)系，他就一邊故作鎮(zhèn)定的口氣和主審官鐵忠說(shuō)：“天下哪里有秀才造反的事，一定弄錯(cuò)了……”，一邊問(wèn)道牟鴻勛，平時(shí)讀些什么書(shū)。原本想就此庇護(hù)過(guò)去，但牟鴻勛鏗鏘有力的回答：“《警世鐘》、《猛回頭》、《革命黨》”。

另一主審官旗人雙壽說(shuō)道：“讀的都是亂黨宣傳的書(shū)，不是亂黨分子是什么？”問(wèn)道：“那你是不是革命黨？”

牟鴻勛坦然稱是，問(wèn)他：“為何要造反？”他慷慨陳詞：“大者為國(guó)計(jì)民生，小者報(bào)揚(yáng)州三日之仇，雪嘉定十日之恨�！币�他交出同黨，他大義凜然地說(shuō)：“革命者頭可斷，志不可奪，豈可低頭折節(jié)而生！”軍警見(jiàn)他毫無(wú)屈服之意，嚴(yán)刑將他打得昏死過(guò)去。

總督瑞澄認(rèn)為他在學(xué)界頗有名氣，可留下再逼口供，加上陳樹(shù)屏的從中周旋，才幸免于一死。當(dāng)天拂曉，彭、劉、揚(yáng)三人英勇就義。歷史上原本的四烈士就這樣在危急關(guān)頭便成了三烈士（今日武昌尚有彭劉揚(yáng)路，如若當(dāng)時(shí)犧牲，此路則又多牟字）。

10日彭、劉、揚(yáng)三人被處決后，牟鴻勛被暫鎖于文昌門(mén)監(jiān)獄。當(dāng)天夜里，革命軍起義占領(lǐng)武昌。一日之后，首義成功，武昌光復(fù)。12日，起義軍攻克總督府，總督瑞澄逃之夭夭，革命宣告成功，起義軍領(lǐng)導(dǎo)人蔡濟(jì)民到文昌門(mén)監(jiān)獄迎接牟鴻勛出獄，留任咨議局。

武昌起義之初，牟鴻勛與高振霄、蔡濟(jì)民、謝石欽、蘇成章、梅寶璣、陳宏誥、錢(qián)守范8人被公推為總稽查，時(shí)稱武昌革命“八大金剛”。

民國(guó)初期，牟鴻勛的同鄉(xiāng)范騰霄在北京的一個(gè)單位任書(shū)記官，雙壽此時(shí)也在這個(gè)單位工作。與范騰霄閑談前朝舊事，他尤其對(duì)牟鴻勛在堂上應(yīng)訊時(shí)的風(fēng)采贊嘆不已，呼為“硬漢子”。牟鴻勛得知后非常高興，備盛宴邀約雙壽。席間，昔日對(duì)手，今日同胞，把酒言歡。一時(shí)，“硬漢子”的美名在京師廣為流傳。

民國(guó)元年（1912）二月十日，軍政府成立實(shí)業(yè)部，李四光被遴為正部長(zhǎng)，牟鴻勛為副部長(zhǎng)。

二十七日，發(fā)生倒孫武事變，孫被告革除軍務(wù)部長(zhǎng)職務(wù)，牟鴻勛等人也因之去職。時(shí)牟已入民社，民社并入共和黨，牟為共和黨黨員，當(dāng)選為眾議員。常住北京。

民國(guó)二年，袁世凱政府授予牟鴻勛以勛五位。

南京國(guó)民政府成立后，袁世凱的篡權(quán)野心公開(kāi)暴露，于1916年稱帝。孫中山發(fā)動(dòng)反袁的護(hù)國(guó)運(yùn)動(dòng)后，牟鴻勛潛赴黃岡與蔡濟(jì)民秘密組織靖國(guó)軍，發(fā)動(dòng)黃岡起義。

1917年北洋軍閥解散國(guó)會(huì)，孫中山發(fā)動(dòng)“護(hù)法運(yùn)動(dòng)”。牟鴻勛回到利川，又與蔡濟(jì)民組織鄂西靖國(guó)軍，蔡濟(jì)民為總司令，牟鴻勛任副總司令，董必武任秘書(shū)長(zhǎng)，陳耀智任參謀長(zhǎng)；川軍熊春武以湖北無(wú)軍隊(duì)為借口，委任方化南為援鄂軍總司令，與靖國(guó)軍同駐在利川城中。方化南策動(dòng)叛亂，突襲靖國(guó)軍，蔡濟(jì)民殉難，牟鴻勛只身突圍，喬扮為傳教士潛赴武漢。

1922年，第一次直奉戰(zhàn)爭(zhēng)后，黎元洪復(fù)任大總統(tǒng)，牟鴻勛出任總統(tǒng)府顧問(wèn)，先后獲文虎、嘉禾勛章。黎被逐，牟亦卸職。

1924年11月段祺瑞擔(dān)任北京臨時(shí)政府執(zhí)政，當(dāng)時(shí)南北和解之勢(shì)遍及全國(guó)，牟鴻勛奉孫中山之命，作為全權(quán)代表，北上與段祺瑞談判。在談判中，他堅(jiān)持原則，曉以大義，使段祺瑞不得不電請(qǐng)孫中山到北平共商國(guó)是。這時(shí)孫中山恰好在上海，回電后立即動(dòng)身到達(dá)天津。段祺瑞派十人組成的歡迎團(tuán)，陪牟鴻勛同到天津接駕，卻不知此時(shí)孫先生肝病劇發(fā)，已送進(jìn)協(xié)和醫(yī)院搶救。孫夫人宋慶齡代見(jiàn)歡迎團(tuán)和牟鴻勛。她對(duì)牟鴻勛說(shuō)：“把你辛苦夠了，只可惜他的病不能很快康復(fù)，不能把你的功勞早日表現(xiàn)于國(guó)家和人民�。　蹦缠檮渍f(shuō)：“這完全是總理的聲望和威信所致，我沒(méi)有一點(diǎn)力量可言，我只希望總理早日恢復(fù)好身體，總理病康復(fù)了自然就好辦了”。孫夫人又說(shuō)：“總理的病有我照顧，請(qǐng)你回去代我感謝段先生對(duì)我們的隆重接待，并向其問(wèn)候”。牟鴻勛回去復(fù)命。

北伐后牟鴻勛病居武昌，蔣介石曾數(shù)次電邀其去南京，皆拒辭不往。1928年5月，牟鴻勛病逝武昌，時(shí)年40歲。