1875年1月，同治帝载淳逝世。同治帝是咸丰帝的独子，无兄弟、无子嗣。若为同治帝立嗣子、继承皇位，当选择「溥」字辈的道光帝曾孙。尚在襁褓的溥伦和六岁的哥哥溥侃是当时仅有的「溥」字辈道光帝曾孙。但两人父亲载治是过继的儿子，并非道光帝亲孙，本生支派较远。同治帝逝世时，选立继位皇帝的会议没有官方记载。私人文献记载中，当溥侃和溥伦被提名为继位人选时，道光帝第五子、敦亲王奕誴以「疏属，不可。」表示反对。最终，主政的两宫太后选择了道光帝的亲孙、奕譞之子载湉过继予咸丰帝，继承皇位。

光绪七年（1881年）袭贝子。二十年（1894年），加贝勒衔。光绪三十年（1904年）贝子溥伦3月4日率清朝代表团离京出席美国圣路易斯世界博览会，主持「一切赴会事宜」。事实上溥伦除了参加世博会活动外，还在华府、纽约、芝加哥等城市进行了许多考察和会见。

三十三年（1907年）筹备资政院，与孙家鼐共同担任总裁。宣统三年（1911年）任庆亲王内阁农工商大臣。与庆亲王奕劻关系密切，赞同宣统逊位。民国后，转而依附袁世凯，赞同洪宪帝制，受参政院长，许亲王双俸。

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