1902年,周霖出生于金沙江畔石鼓鎮納西族書香世家,溫暖濕潤的金沙江河谷帶來豐富的物產,為他提供了雖然不算富裕但也可以無憂無慮生活的環境。父親周冠南考取清政府云南留日學生,赴日攻讀教育學,給他帶來了激進的西學思想;祖父周蘭坪則用《三字經》、《大學》、《中庸》、《論語》為他打下了堅實的國學基礎。1927年春,周霖考入上海美術專科學校,學習素描、人體、水彩、油畫等西洋畫技,當時的校長為劉海粟。
1929年,周霖供職于云南省財政廳宣傳處,次年,蔣介石討伐桂系,滇軍被封為“討逆第十路軍”,周霖被征調入隨軍宣傳隊,隨大軍攻打廣西。顛沛流離的征戰生涯因討伐失敗而告終。兩年后,父親去世,周霖回到麗江奔喪,奉母之命留在麗江,在省立麗江中學任教,為時三年。1935年,受省財政廳任命,周霖擔任永善縣稅務局局長,利用這段時間他向當時著名畫家王鐵聾、郭理初學畫,技藝大有長進。
1960年,周霖58歲之際,調入云南省文聯工作,參與布置人民大會堂云南廳,創作大型中國畫《金沙水拍云崖暖》等五幅懸掛作品,作品氣勢恢宏而不乏細膩筆觸。1963年,受陳毅之邀,周霖畫展在中國美術館隆重展出。他是第一個在中國美術館舉辦個人畫展的中國畫家,郭沫若作詩稱贊其詩、書、畫三絕:“石鼓聲聞到鳳城,龍潭風物活生生。山源引自源頭處,天外飛來有鹡鸰。”
“文革”期間,和許多文藝工作者一樣,周霖未能幸免,回麗江接受“批斗”,在麗江南口“五七”干校接受“勞動改造”,不幸中風癱瘓。1977年,這位經歷了無數風雨的畫家、詩人、教育家辭世,享年76歲。1982年,周霖遺作在北京民族文化宮展出,人們只能從他的作品中再見這位納西族畫家細膩的內心、不斷進取的精神和遺世獨立的風骨。