公孙瓒字伯皀,辽西令支人。曾任郡县书吏。仪表堂堂,声音洪亮,侯太守器重他,便将女儿嫁给他,并让他去涿郡跟随卢植学习经书。以后又做了一段时间的郡县小官吏。刘太守出了事,被召去见廷尉,公孙瓒亲自为他驾车,并一直在他身边侍奉。
待到刘太守被贬去日南时,公孙瓒备了米和肉,在北芒山祭祀祖先,高举着酒杯说:“过去是家人的儿子,今天是人家的臣下,我们将要到日南去,日南有瘴气,可能我们回不来了,在此与祖先们告别了。”又行了大礼,然后意气激昂地站了起来,当时看到这一场面的人,无不欷虚欠感叹。刘太守行至中途,得到了赦还的敕书。公孙瓒因为举孝廉,升为郎中,迁升为辽东属国的长史。他有一次带着十几个骑兵巡塞,路遇数百名鲜卑族骑兵,公孙瓒于是退回一处空亭,对他的骑兵们说:“今天我们如果冲不出去,就会被杀死呀!”公孙瓒自己拿着矛,两头都装上了枪头,飞驰出去刺杀,杀伤鲜卑族数十人,自己部下也死之近半,可是得以免除灭顶之灾。鲜卑人受到这次惩罚,此后再不敢入塞来捣乱。公孙瓒被任命为涿县的县令。光和年间,凉州出现叛军,朝廷组织了幽州地区突骑三千人,临时提升公孙瓒为都督,行使都督的一切权力,让他带领三千骑兵进剿。
部队开进到蓟中,渔阳张纯引诱辽西的乌丸国丘力居等反叛,攻打蓟中,自称将军,又征集蓟中的小官吏、老百姓去攻打右北平、辽西属国诸城,每到一处,城池必破,生灵涂炭。公孙瓒带领他的部队,征讨、追赶张纯有功,被升为骑都尉。属国的乌丸贪至王率领他的部族向公孙瓒投降。公孙瓒又被升为中郎将,封都亭侯,进而驻守辽西属国,与胡人相互攻击五、六年。丘力居等人劫掠青、徐、幽、冀四州,四州深受其害。但公孙瓒无力抵抗。朝廷评论宗正官东海刘虞既有德行威仪,又曾任幽州刺史,戎狄等少数民族也曾归附于他,如果派他去镇守安抚,可以不兴师动众而得到安宁,于是便派遣刘虞担任幽州刺史。刘虞上任伊始,即派使者去胡人那里,晓之以利害,并责成他们交出张纯的首级。丘力居等人听说刘虞回来了,十分高兴,各派使者去见刘虞,并将部队撤回了各自的领地,公孙瓒害怕刘虞功高过自己,偷偷派人杀死丘力居的使者。胡人得知这一消息,改道去见刘虞。刘虞撤回了各路人马,只留公孙瓒带领步、骑近万人,驻守右北平。张纯丢下妻儿老小,只身逃到鲜卑,被他的门客王政所杀,将首级献给了刘虞。王政被封为列侯。
刘虞因为有功被拜为太尉,封襄贲侯。适逢董卓到洛阳,刘虞又迁升为大司马,公孙瓒为奋武将军,封为蓟侯。关东义军讨伐董卓,董卓于是劫持皇帝西迁长安,征召刘虞为太傅,因路途阻隔,这一命令没能传到。袁绍、韩馥等商议,认为皇帝被奸臣所挟持,天下人心无归处,刘虞乃皇帝亲族,而且知名度很高,是众望之所归,于是想拥立刘虞为皇帝。派使者去告诉刘虞。刘虞始终不肯答应。袁绍等人又劝说刘虞领尚书事,按旧制执掌分封爵位、任命官职的权力,刘虞仍不听,但仍旧与袁绍保持着联系。刘虞的儿子刘和任侍中,住在长安。天子想从长安回洛阳,派刘和改装从董卓那里溜出来,偷偷出武关去找刘虞,让他带兵接自己东返。刘和途经袁术驻地,与他述说了天子的意思。但袁术想利用刘虞做他的后援,于是强行扣下了刘和,不让他去见刘虞,同时保证部队向西开拔,让刘和写信将这件事告诉刘虞,刘虞得到刘和的书信后,派遣数千名骑兵到了刘和那里。公孙瓒得知袁术另有所图,不想派遣军队,也阻止刘虞发兵,刘不听。公孙瓒害怕他劝阻刘虞出兵的事被袁术知道而遭他怨恨,也派遣他的堂弟公孙越,带领数千骑兵去袁术那里,以便与袁绍结为友好,暗地里又让袁术将刘和抓起来,夺了他的兵权。为此,刘虞与公孙瓒之间的矛盾更深了。刘和从袁术那里逃了出来,在北进的途中又被袁绍扣留。这时候,袁术派孙坚驻守阳城,以防御董卓,袁绍派周昂去攻打阳城。袁术派公孙瓒与孙坚一起向周昂发动进攻,失败,公孙越被流箭射中,当场死亡。
公孙瓒非常气愤,说:“我弟弟死了,这场灾祸实由袁绍引起。”于是派兵驻扎在磐河一线,准备报复袁绍。袁绍害怕了,将自己的勃海太守印绶交给公孙瓒的另一堂弟公孙范,让他回勃海郡任太守,想与他拉关系,作为援手。公孙范却带领勃海兵去帮助公孙瓒,击败了青、徐二州的黄巾军。公孙瓒的士兵斗志更加旺盛,一鼓作气向界桥进军。任命严纲为冀州牧,田楷为青州牧,单经为兖州牧,新设了几个郡县。袁绍驻军广川,派麴义作先锋与公孙瓒交战,生擒严纲。公孙瓒被打败后撤回勃海,与公孙范合兵一处退守蓟县,在大城的东南面又筑起一座小城,这座小城与刘虞相邻,两人互怀怨恨地对峙着。刘虞担心公孙瓒生变,于是举兵前去进攻,被公孙瓒击败,逃往居庸。公孙瓒攻克居庸,生擒刘虞,并将他押回蓟县。适逢董卓去世,天子派使者段训来加封刘虞,让他总督六州,公孙瓒被迁升为将军,封易侯。公孙瓒诬告刘虞有自称皇帝的非分作法,胁迫段训杀死刘虞,又让段训做幽州刺史。公孙瓒于是显出骄矜的样子来。他记人之过而忘人之善,很多人被他所害。刘虞的部将渔阳人鲜于辅、齐周、骑都尉鲜于银等人,共率州兵攻打公孙瓒,替刘虞报仇,因为燕国的阎柔向来守信,大家共推他为乌丸司马。阎柔从乌丸、鲜卑等地招募士兵,共得胡、汉士兵数万人。这支队伍与公孙瓒所设的渔阳太守邹丹在潞北交战,大获全胜,斩了邹丹。
袁绍又派遣麴义及刘虞的儿子刘和,带兵与鲜于辅一起攻击公孙瓒。公孙瓒的军队连连败北,于是退到易京固守。在易京城里挖了数十道壕沟,在壕内堆起土丘,都有五、六丈高,在上面盖房子;中间壕里的土堆最高,足有十丈,留给自己住,还在那里储存了三百万斛的粮食。公孙瓒说:“过去说,天下事可以凭军事力量来决定,今日看来,也不是我所能决定的,不如休兵,种田地,养牲畜。兵法说:百楼不易攻破。今天我盖了那么多的楼,吃完这些粮食,就可以知道天下的定局了。”公孙瓒想以此拖垮袁绍。袁绍派兵去攻打,几年都没有攻破。
建安四年(199),袁绍大军全面围攻公孙瓒,公孙瓒派儿子去向黑山反贼求救,又想自己带领骑兵突围出来,凭借西南的高山,带领黑山的人马,攻击冀州,切断袁绍的后援。长史关靖劝公孙瓒说:“现在将佐、士兵心理上都已不堪一击,他们之所以能坚守下去,是为了他们的妻儿老小,更以将军您为主心骨啊!将军如果旷日持久地坚持下去,袁绍势必会撤兵,待他退回去之后,四方的士兵必将会重新聚合起来。如果您舍弃他们而突围,军队失去强有力的指挥,易京马上会出现险情,将军失去了依靠之地,孤独地在旷野上,那能成就什么事呢?”公孙瓒于是打消了突围的念头,专等援兵的到来,想内外夹攻袁绍。又派人给儿子带去一封信,定下时间带援兵到来,点起火把作为接应的信号。袁绍的巡逻兵截获了这封信,到时候点起了火把。公孙瓒以为救兵到了,于是领兵出城。袁绍设下埋伏,公孙瓒遭到迎头痛击,又退回易京城。袁绍挖了地道,破坏了公孙瓒的壕沟和住处,并马上要攻到中京。公孙瓒自知必败,于是悉数杀了家人,又自杀而死。