潘汉年父潘莘臣，开私塾，一度被选为宜兴县议员。潘汉年早年在和桥镇彭城中学和武进县延陵公学读中学。1924年秋到无锡国学专修馆学习。1925年闯上海，任上海中华书局《小朋友》周刊的助理编辑，并从事业余文学创作，参加创造社，1925年夏参加中共，1926年底应国民革命军总政治部副主任郭沫若邀请赴南昌编辑《革命军日报》，后任总编辑，国民革命军总政治部宣传科科长。
国共分裂后，赴上海，任“江苏省委上海文化工作党团”干事会书记。1928年担任中共中央宣传部文化工作委员会书记，左翼文化总同盟中共党组书记。1933年夏，离沪进入江西中央苏区，任中共中央局宣传部部长、中国工农红军总政治部宣传部部长兼地方工作部部长等。1934年10月参加长征，1935年2月红军二渡赤水后，他与陈云先后离开长征队伍赴上海，以恢复同共产国际的联系。8月他和陈云一起经海参崴到达莫斯科。任中共代表与国民党驻苏大使馆武官邓文仪秘密会谈。
1937年9月，任八路军驻上海办事处主任。上海沦陷后，撤往香港。1938年9月，潘汉年回延安任中共中央社会部副部长。1939年赴港从事情报工作。1940年获悉德偷袭苏俄的巴巴罗萨计划，1941年底曾获悉日军珍珠港计划，呈报中央后未及时通知美国。[来源请求]太平洋战争爆发，从香港转移到皖南根据地。抗日战争和解放战争期间，与陈云在上海等地领导对敌地下斗争和开展统战工作。在1944年四月侵华日军增兵五十万攻击中国的一号作战计划，潘提早侦知获得珍贵情报，让延安方面几乎未受日军攻击，贡献延安至巨。
1977年4月14日死于湖南省第三劳改场
“潘汉年同志几十年的革命实践充分说明，他是一个坚定的马克思主义者，卓越的无产阶级革命战士，久经考验的优秀共产党员，在政治上对党忠诚，为党和人民的事业作出了重要贡献”
-《关于为潘汉年同志平反昭雪恢复名誉的通知》