본관은 파평(坡平). 자는 택원(澤遠), 호는 추담(秋潭). 삼가(三嘉) 구평(龜坪)에서 출생하였다. 윤연(尹硏)의 증손으로, 할아버지는 윤수종(尹秀宗)이다. 아버지는 증이조판서 윤언례(尹彦禮)이며, 어머니는 밀양박씨(密陽朴氏)로 사직 박승효(朴承孝)의 딸이다.
1582년(선조 15) 진사시에 합격하고, 1588년 식년문과에 병과로 급제, 성균관학록 · 전적, 승문원정자, 홍문관박사 등을 역임하였다. 1592년 고향에서 임진왜란 소식을 듣고 상경하였는데, 선조가 이미 의주로 떠나자 즉시 쫓아갔다.
선조가 충절을 가상히 여겨 사헌부장령에 임명하고, 특별히 명하여 세자를 수행하게 하고, 종묘의 신주를 봉행하게 하였다. 1601년 부안현감을 거쳐 1603년 사간원대사간에 임명되었고, 1605년 예조 · 호조의 참의를 역임하였으며, 1606년 승정원의 우승지 · 도승지, 성균관대사성을 지냈다.
광해군이 즉위하자 이조참판에 임명되었고, 병조참판 · 예조참판을 역임하였다. 1613년(광해군 5) 계축옥사로 인하여 인목왕후(仁穆王后)가 구금되자, 위졸을 시켜 쌀과 고기를 헌납하였다. 이 일이 발각되자 윤선은 공궤(供饋)를 하지 않으면 만세(萬世)에 불효의 이름을 면하지 못할 것이라고 광해군을 설득하여, 광해군이 공궤를 끊지 않게 하였다.
1614년 주문사(奏聞使)로 중국을 다녀왔고, 1617년 의정부우참찬에 임명되었다. 조경기(趙慶起) · 홍무적(洪茂績) 등이 시사를 항언하여 광해군이 조경기, 홍무적을 죽이려고 하자, 극력 주선하여 구원하였다. 1623년 인조가 즉위하여 다시 우참찬에 임명되었으나 나아가지 않고, 산수를 즐기며 여생을 마쳤다. 저서로는 『추담문집』 2책이 있다.