1929年考入奉天医科大学，1935年毕业后曾任北平第三卫生事物所医师。

“七、七”事变后，在徐特立的指引下从武汉到南昌参加了叶挺领导的新四军，被任为军医处保健主任。皖南事变后，中央军委重建新四军军部。齐仲桓任新四军卫生部医务主任。先后任新四军三师，四师卫生部部长，并在四师创建卫生学校。抗日战争胜利后，1946先后担任华中军区卫生部长、华东军区和华东野战军卫生部副部长。全国解放后，齐仲桓曾先后任中南军政委员会卫生部副部长、部长；中南文教委员会副主任；华中行政委员会卫生局长。1955年任中央卫生部部长助理，中华医学会副会长。

1958年他被错划为“右派分子”，下放到河北省承德医学专科学校当教员。