본관은 파평(坡平). 자는 사정(士正), 호는 일암(一庵). 이성(尼城) 유봉리(酉峯里) 출생. 윤선거(尹宣擧)의 증손으로, 할아버지는 윤증(尹拯)이다. 아버지는 대사헌 윤행교(尹行敎)이며, 어머니는 은진송씨(恩津宋氏)로 장령(掌令) 송기후(宋基厚)의 딸이다.
1712년(숙종 38) 증조부 윤선거의 『노서유고(魯西遺稿)』를 교정하여 간행하였고, 1731년(영조 7) 윤증의 『명재유고(明齋遺稿)』를 편찬, 간행하였다.
1722년(경종 2) 학행(學行: 학문활동에 의한 명성이 높아짐.)으로 천거되어 세자익위사세마(世子翊衛司洗馬)에 임명되었으며, 이어 사옹원주부(司饔院主簿), 지평(持平), 한산군수·홍주목사·사복시정(司僕寺正) 등을 역임하였다.
홍주목사로 있을 때 선정을 베풀어 고을 백성들이 윤동원의 공적을 높이 치하하였다. 저서로 『일암유고』 6권이 있다.