1870年，參加縣考、府考中秀才，並成為稟貢生。1874年，到北京入國史館擔任漢文謄錄，賜為「進士」出身。1883年，以候選州判的身份，被派到吉林，到琿春靖邊後路營辦理邊務文案。利用工作之便，到吉林、奉天、黑龍江各地進行實地調查，參閱了大量文獻資料，費時兩年寫成《東北邊防輯要》一書。

1884年，曹廷杰在三姓（今黑龍江依蘭縣）商人王氏兄弟口中，得知黑龍江下游俄占區特林地方有兩塊明代永寧寺碑，可以証明明代中國東北的疆域，是中俄邊界極為重要的証據。王氏兄弟曾經「親至碑所，思拓碑文，因被俄夷禁阻未果。」曹廷杰決定自己一定要試一試。

1885年，琿春靖邊後路營統領葛勝林發現曹廷杰精于地理，並且特別關心東北防務，令曹廷杰繪製《東三省輿地險要圖》。曹廷杰繪出草圖，連同剛剛完成的《東北邊防輯要》一起，呈報給吉林將軍希元。希元即「密傷候選州判曹廷杰輕騎簡從，改裝易服前往俄界偵探。」曹廷杰帶上士兵兩人，化裝成商人模樣，請王守禮當嚮導，從三姓起程，順松花江而下入黑龍江，至徐爾固（今俄羅斯列寧斯科耶城城東北）進入俄界，沿黑龍江至東北海口。再由海口溯黑龍江而上至海蘭泡（今黑龍江黑河市北、黑龍江與結雅河交會處），又沿江而下至伯力（即今俄羅斯哈巴羅夫斯克，在黑龍江、烏蘇里江會合東岸）。溯烏蘇里江而上，過興凱湖、紅土崖（興凱湖西南岸），由旱道至海參威（即今俄羅斯符拉迪沃斯托克，在綏芬河口海灣東岸），再坐海船入岩冱河海口。在俄界一百二十九天，往返一萬六千餘里。曹廷杰在這個過程中堅持寫日記，訪問了漢族居民和滿族、朝鮮族、赫哲族、鄂倫春族、尼夫赫族、烏德蓋族等少數民族，訪問了抗金名將牛皋、王貴的後裔，詳細記下了俄占區中各族人民的生活。並對古人用兵陳跡，俄軍據點、各處的兵數、地理險要、道路出入、屯占人口總數，土產賦稅、貿易往來、民族風俗等一一筆錄，整理成《旅俄日記》。

1885年十一月，曹廷杰回到吉林，將確鑿可証邊界的資料、繪圖、論文匯成《西伯利東偏紀要》一書。學術界評論該書「為研究東北亞洲歷史 、地理、民族、國際關係所必備」。

1886年二月，希元將《西伯利東偏紀要》摘出一百一十八條，連同八幅地圖呈上北京的軍機處。五月，曹廷杰以探俄有功，被光緒皇帝召見，呈上《條陳十六事》，主張外交上阻俄擴張、軍事上備戰、政治上穩定內政、經理上開發邊疆。「力主嚴密防守，徐圖恢復，並獻六路出擊之策，出奇制勝之方。」

1887年，曹廷杰到郭爾羅斯前旗（今吉林長嶺西北）及農安城萬金塔等地，拓取了大金《得勝陀濟碑》。 又從此年開始至1898年，撰寫了《東三省輿地圖說》。

1889年，曹廷杰任山西和順縣知縣。第二年十一月調任寧武縣知縣，吉林將軍長順以曹廷杰在吉林主持電話線路工程時有功，保奏升任直隸州知州在任候補。1892年元月調任蝽縣知縣，以候補直隸州在任以知府補用。 1895年，奉吉林將軍恩銘徵令，去吉林以五常廳同知銜和俄方官員交涉修築鐵路勘測事宜。此時正值中日甲午戰爭，沙俄趁機向清政府提出修築東三省鐵路的要求，並非法越境私自查勘。曹廷杰奉命一面阻止沙俄，一面自行勘測。率領員司、通事、繪圖、翻譯、卉兵，跟蹤沙俄測繪人員。俄方官員格魯利契維奇提出全面勘辦東三省鐵路規劃事宜，要求吉林將軍撤回曹廷杰一行人員，被曹廷杰拒絕。曹廷杰堅持測繪的同時又嚴密監視俄方行動，直至把俄人送出吉林。為此，曹廷杰親自繪製了《東三省鐵路總圖》，並且上報朝廷《查看俄員勘探鐵路稟》。1896年，曹廷杰調任呼蘭木稅局任總理。1897年，在呼都魯河督理開辦金礦被俄軍洗劫而告失敗。 曹廷杰逃離呼都魯河，非常憤怒，1902年在北京注釋《萬國公法》一書，撰《萬國公法釋義》和《上各國欽差書》對沙俄口誅筆伐。1903年，離京以知府發往吉林補用，撰《辨惑論》，兼有自由平等、綱常性理之說，並在依蘭縣等地放荒籌餉。1907年，實補吉林知府。宣統間，遷吉林勸業道。

1912年民國成立，曹廷杰還在吉林，撰有《論語類纂》等。民國九年（1920年）返回湖北老家著書。撰有《孟子類篆》、《論孟類篆舉要》、並整理出版了《時務一班》及其父遺著《元空妙訣》。民國十五年（1926年）又赴吉林，在中途生病。1926年七月十五日，曹廷杰病逝于上海，歸葬湖北松滋五家口。

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