1902年溫壽泉考入山西武備學堂，接受了康梁變法思想影響，決心走革新道路。1904年，以優(yōu)異的成績被選送赴日留學。1905年與閻錫山等人一起加入中國同盟會，后又加入中國同盟會中的軍事組織鐵血丈夫團。鐵血丈夫團是中國同盟會成立后，孫中山直接指示總會，選擇軍事骨干參加的團體。這些成員不參加一般的社會活動，保持著秘密身份，將作為回國后各省軍事運動的骨干。

1909年溫壽泉回國。辛亥革命太原起義前，溫壽泉曾參與起義的準備和決策，成為革命先鋒。起義成功后，在省咨議局召開的會議上，閻錫山當選為都督，溫壽泉被選為副都督。在隨即組成的軍政府中，溫壽泉又被任命為軍政部長。

太原起義后，滿清政府即派兵入晉鎮(zhèn)壓革命，12月9日，兩軍在娘子關附近交戰(zhàn)，12日清軍占領娘子關。山西軍民退返太原后，閻錫山等率部北上。溫壽泉等則率部南下，經(jīng)平陽、河津等地向運城進軍，沿路集合兵眾1000人，并與陜西軍民配合，光復運城，隨后又派兵光復絳州向平陽（今臨汾）進軍。

1912年1月2日成立了山西河東軍政府，在溫壽泉的主持下由民政長遴選同盟會員接替各縣知事，宣布豁免舊欠錢糧，釋放在押犯，取消縣衙三班（早班、壯班、快班）六房（吏、戶、禮、工、刑、兵），廢除跪拜禮節(jié)及縣官坐轎出衙鳴鑼開道的惡習，辭退衙門里的紹興刑名師爺。河東氣象，一時更新。

溫家大院內懸掛著一塊匾額，是溫壽泉父親六十壽慶時收到的賀禮。這塊匾額的落款人名依次為：孫中山、黎元洪、黃興、閻錫山等。從這個名單中足以看出溫壽泉當時的身份和地位。

南北議和達成協(xié)議后，袁世凱就任臨時大總統(tǒng)，溫壽泉曾致電孫中山，請求聯(lián)師北伐，以除袁逆。電文慷慨激昂：“敝省自陰九月初八日起義后，即聯(lián)合吳祿貞攻取北京，奈兵單械少、吳又被害，袁賊遠交近攻之策，陽與晉議和，暗調第三鎮(zhèn)全部第六鎮(zhèn)混成協(xié)，于十月十八日晚猛攻娘子關，連攻四日夜，我終以兵單彈光敗歸太原……清軍有意違約，袁賊居心奸險，望早日聯(lián)師北伐，除彼妖孽……”

1912年3月15日，袁世凱任命閻錫山為山西都督，溫壽泉撤去在運城的軍政分府后，率部回太原擔任副都督兼軍政司司長。由于受閻錫山壓制，于是通電下野，解職北上舉家定居北平，任傅作義的高等顧問。

抗戰(zhàn)期間，侵華日軍曾多次威逼利誘，要其執(zhí)掌山西，但其堅決不當漢奸，均予以拒絕。其間，還曾掩護了許多共產黨人開展革命活動，更加彰顯其“鐵血丈夫”之謂。

抗戰(zhàn)勝利后，溫壽泉還曾利用人事關系，設法營救過開明紳士劉少白，及其女兒劉亞雄等人脫險。1948年，解放軍解放北平期間，溫壽泉利用與傅作義的師生關系，與傅作義多次商討，極力向其進言起義，和平解放北平。1949年后，溫壽泉當選為第一屆山西省政協(xié)委員，并受到周恩來總理的邀請，任中央文史研究館館員。

兒媳肖景