본관은 고창(高敞). 자는 경허(景虛), 호는 경암(敬菴)·남악(南岳). 아버지는 부윤 오운(吳澐)이며, 어머니는 김해허씨(金海許氏)로 생원 허사렴(許士廉)의 딸이다. 큰아버지 오진(吳溍)에게 입양되었다. 정구(鄭逑)의 문하에서 수업하여 문학이 성취되었다.
1601년(선조 34) 생원 진사시에 합격하였다. 1603년 문과에 급제, 종부시직장(宗簿寺直長)·승문원정자를 비롯하여 정언·좌랑을 거쳐 수찬·교리에 이르렀고, 외직으로는 울산판관·영천군수·대구도호부사·청송부사·창원부사·연일군수 등을 역임하였다.
오여벌은 울산·창원 등지의 지방관으로 있을 때 선정을 베풀어 고을 백성들로부터 거사비(去思碑)가 세워지기도 하였다.
오여벌은 『주역』을 깊이 연구하여 『역괘도(易卦圖)』·『천지만물도(天地萬物圖)』·『음양오행도(陰陽五行圖)』를 저술하였고, 특히 역사에 조예가 깊어서 『중국역대총론(中國歷代總論)』과 『동국역대기사(東國歷代紀事)』를 남겼다. 저서로는 『경암집(敬菴集)』 6권 3책이 있다.