周起元，字仲先，海澄人。万历二十八年(1600)乡试考中第一名，第二年成为进士。历任浮梁、南昌知府，以仁爱廉洁著称。
奉旨召见进入北京，授湖广道御史。正在等候命令，赶上考核京官。御史刘国缙怀疑郑继芳的假信出自周起元、李邦华、李炳恭、徐缙芳、徐良彦的手笔，于是称他们为“五鬼”，郑继芳也被列入奏疏中。周起元愤怒了，上疏自我表白。过了二年，御史的任命才传达下来。
恰巧太仆少卿徐兆魁因为攻击东林党人被钱春弹劾，周起元也上疏弹劾他。奸诈小人刘世学这人，是诚意伯刘荩臣的堂祖父，上疏诋毁顾宪成。周起元很气愤，极力驳斥他的荒谬。刘荩臣于是攻击周起元，更加诋毁顾宪成。周起元再次上疏极力辩论，他的同僚翠凤羽中、余懋衡、徐良彦、魏云中、李邦华、王时熙、潘之祥也轮流逐条辩论。皇帝将要下令逮捕刘世学，刘世学于是逃走了。吏部侍郎方从哲由宫中传旨起用，周起元极力说不行，并指责给事中亓诗教、周永春，吏部侍郎李养正、郭士望等人。吏部尚书赵焕出巡云中，王时熙在外地。周起元弹劾他违抗旨令、独揽大权，被定罪停发俸禄。赵焕离职，郑继之代替，又任用潘之祥和张健。周起元也上疏检举驳正，于是说张光房等五人不应当摒弃在官衙之外。跟党人意见不和，忌恨他的人越来越多。
不久巡抚陕西，很有风采。终于因为东林党的缘故，出任广西参议，分道巡守右江道。柳州发生大饥荒，各地盗贼纷纷涌现，周起元一个人骑着马去招抚各盗贼，尽最大的努力救济饥民。改官四川副使，未到任。恰好辽阳失陷，朝廷议论通州是军事要地，应设置监司，于是命令周起元以参政的身份统领它。
天启三年(1623)，他进入朝廷担任太仆少卿。不久提拔为右佥都御史，巡抚苏州、松江等十府。公正廉洁、爱惜人民，没有拿一根丝、一粒粮。遭遇大水灾，千方百计地救济灾民，人民忘记了贫困。织造中官李实一向贪财而横行霸道，任意增加定额，放纵地索取。苏州同知杨姜管理本府事务，李实恨他不屈服，收集其他材料弹劾他。周起元到任，立即替杨姜伸冤，并且上疏清除蛀虫七件事，言词很多涉及到李实。李实想要杨姜向他行臣属的礼节，再次上疏诬告并逮捕他。周起元又一次上疏替杨姜昭雪，更加中肯直率。魏忠贤庇护李实，下了道严厉的圣旨谴责周起元，命令赶快上报杨姜贪污的情形。周起元更加称颂杨姜廉洁谨慎，诋毁李实造谣诽谤，于是承担罪责乞求离职。魏忠贤大怒，假传圣旨将杨姜贬斥为平民。周起元又弹劾李实贪财放纵，不遵守法令的几件事，而请求宽大处理杨姜。李实因此威风扫地，而魏忠贤也因此将周起元怀恨不已。分守参政的朱童蒙，早先是兵科都给事中，因为攻击邹元标讲学而被调往外地，丧失理智，疯狂残暴，每次外出，都鞭打几十人，血肉狼藉。周起元想检举他，朱童蒙就称病离职，周起元于是列举他贪财暴虐的情形，让别人知道。魏忠贤于是假传圣旨剥夺周起元官籍，提拔朱童蒙为京卿。
天启六年(1626)二月，魏忠贤想杀高攀龙、周顺昌、缪昌期、黄尊素、李应升、周宗建等六人，拿李实没有盖印的奏疏，命令他的党徒李永贞、李朝钦诬陷周起元当巡抚贪污国家钱财十多万两银子，每天跟高攀龙等人来往讲学，因而在中间煽动。假传圣旨逮捕周起元，到京时周顺昌等人已在牢里死了。许显纯严刑拷问，竟然招出同李实的奏疏所说，藏赃款十万两。卖掉所有值钱的东西都不足此数，亲戚朋友也多由此破产。九月死于狱中，江苏及其家乡的官民没有不悲伤的。
庄烈皇帝即位，赠封兵部右侍郎，让他的一个儿子做官。南明福王时，追加谥号为忠惠。