유성원은 조선전기 박사, 지평, 춘추관기주관, 직집현전 등을 역임한 문신이다. 1456년(세조 2)에 사망하였다. 1444년에 문과에 급제하고, 『의방유취』, 『고려사』, 『세종실록』의 편찬에 참여하였다. 문종이 세자를 위한 서연에 선발하여 세자 보필을 부탁하였다고 한다. 1453년 수양대군이 집권한 후, 정난녹훈 교서의 초안을 작성하였다. 1456년 단종 복위 모의에 참여하였다가 모의가 발각되었다는 소식을 듣고 자결하였다. 남효온이 지은 「육신전」에 수록되었다. 노량진의 민절서원, 홍주의 노은서원, 영월의 창절사 등에 제향되었다.
1444년(세종 26) 식년 문과에 급제하였다. 이듬해 집현전저작랑으로, 당시의 의학 총서(醫學叢書)인 『의방유취』의 편찬에 참여하였다. 1446년 박사로 승진했고, 1447년 문과 중시에 을과로 급제했으며, 『고려사』의 개찬(改撰)에 참여하였다.
1450년(문종 즉위년) 문종이 어린 왕세자를 위해 서연(書筵)을 열어 사(師) · 빈(賓)의 상견례를 행할 적에 좌사경(左司經)으로 선발되어, 세자를 잘 지도해달라는 간곡한 부탁을 받았다.
1452년 김종서(金宗瑞) · 정인지(鄭麟趾) 등에게 명해 『고려사』를 개찬할 때 여러 사람이 과별로 분담해 찬술하자, 최항(崔恒) · 박팽년(朴彭年) · 신숙주(申叔舟) 등과 함께 열전을 담당하였다. 이 해 3월에는 춘추관 기주관으로서 『세종실록』의 편찬에도 참여하였다.
또, 1453년(단종 1) 지평(持平)이 되어, 수양대군이 명나라에 갔을 때 수종한 사람을 가자하고 세종 때 『역대병요(歷代兵要)』와 병서의 찬정(撰定)에 참여한 사람의 가자를 계청(啓請)하였다. 조신이 종친에게 아부하고 종친이 사은(私恩)을 파는 일이므로 명령을 모두 회수하기를 청해 관철시켰다.
이 해 10월 수양대군이 영의정 황보인(皇甫仁), 좌의정 김종서 등 대신을 살해하고, 스스로 영의정부사 · 이조판서 · 내외병마도통사를 겸해 정권을 잡은 뒤, 백관들을 시켜 자기의 공을 옛날 주나라 주공(周公)에 비견해 임금에게 포상하기를 청하였다.
그리고 집현전에 명해 정난녹훈(靖難錄勳)의 교서(敎書)를 기초(起草)하도록 하자 집현전의 학사들이 모두 도망하였다.
그러나 집현전교리였던 유성원만이 혼자 남아 있다가 협박을 당해 기초를 하고는 집에 돌아와서 통곡했다고 한다. 11월 장령이 되어, 정난공신(靖難功臣)의 책정이 공정하지 못함을 들어 개정을 청했으나 허락을 받지 못하였다.
1454년 소를 올려, 경복궁 안의 불당을 없앨 것을 주장하였다. 이 해 4월 춘추관기주관에 임명되었고 『문종실록』의 찬술에 참여하였다.
이 해 2월 사헌부에서 자기들의 건의가 시행되지 않는다는 이유로 장령을 사임하자, 직집현전(直集賢殿)에 임명되었다. 1455년 수양대군이 단종의 선위(禪位)를 받아 왕위에 올랐는데, 이 해 집의도 겸하게 되었다.
1456년(세조 2) 성균관사예 김질(金礩)의 고변으로 성삼문(成三問) · 박팽년 등 사육신이 주동이 된 단종 복위 계획이 사전에 발각되었는데, 유성원도 이 모의에 참여하였다.
일이 발각되어 성삼문 · 박팽년 등이 차례로 잡혀와서 모진 고문을 당할 때, 유성원은 집에 있다가 일이 발각된 것을 알고 스스로 목을 찔러 죽었다.
뒤에 남효온(南孝溫)이 당시 공론(公論)에 의거해, 단종 복위 사건의 주동 인물인 성삼문 · 박팽년 · 하위지 · 이개 · 유성원 · 유응부 등 6인을 선정하고 「육신전(六臣傳)」을 지었다. 「육신전」이 세상에 공포된 뒤 국가에서 육신의 절의를 공인하여, 1691년(숙종 17)에 사육신의 관작을 추복시켰다. 뒤에 이조판서에 추증되었다.
노량진의 민절서원(愍節書院), 홍주의 노은서원(魯恩書院), 영월의 창절사(彰節祠) 등에 제향되었다. 시호는 충경(忠景)이다.