본관은 원주(原州). 자는 자건(子建), 호는 탄수(灘叟) · 탄옹(灘翁). 첨지중추부사 원송수(元松壽)의 증손으로, 할아버지는 수군절도사 원호(元豪)이며, 아버지는 지중추부사 원유남(元𥙿男)이다. 박지계(朴知誡)의 문인이다.
광해군의 정치가 점점 문란해지자 의사(義士)들과 인조반정 모의에 협찬하였고, 반정이 성공한 뒤에는 그 공으로 정사공신(靖社功臣) 2등에 책록되고 원평부원군(原平府院君)에 봉하여졌다.
1624년(인조 2) 이괄(李适)의 난을 평정하는 데 공을 세워 전주부윤이 되고, 나주목사를 거쳐 전라도관찰사 등을 지냈다. 1636년에 일어난 병자호란 당시, 어영부사로서 남한산성을 지켰다. 1642년 형조판서로 승진되었으며, 뒤이어 강화부유수 · 경상도관찰사를 역임하였다.
이 동안에 서인 중 공서(功西)에 속하여 청서(淸西)를 탄압하다가, 같은 파에 속한 김자점(金自點)과의 정권다툼으로 분당하여 원당(原黨)의 영수가 되었다.
1649년(효종 즉위년) 호조판서로서 한때 파직당하였고, 1651년에는 좌참찬 · 좌찬성을 지냈다. 1654년 병조판서가 되어 김육(金堉)이 적극 추진하려는 대동법(大同法)의 실시를 반대하였지만, 동전(銅錢) 유통에는 동의하여 보급 방법 등을 논의하는 데 참여하였다.
1656년 우의정을 거쳐 1662년에는 좌의정에 올라 내의원과 군기시의 도제조(都提調)를 겸직하였다. 시호는 충익(忠翼)이다.