曾祖婁億，祖父親婁乾耀，都擔任將仕郎。父親婁壽，宋高宗紹興三十年（1160年）以奉議郎知崇安軍事。婁機是宋孝宗乾道二年（1166年）進士。授鹽官尉。為母丁憂，服除，改任含山主簿。調任於潛縣丞，為江東提舉司幹辦公事，轉任淮東。淳熙十二年（1185年），改知西安縣（今浙江省衢州市）。婁機居官以安民節財為重。宋光宗紹熙二年（1191年），通判饒州。改任幹辦諸司審計司。慶元六年（1200年），轉任宗正寺主簿，為太常博士。嘉泰元年（1201年），擔任秘書郎，兼資善堂小學，請續編《中興館閣書目》。轉任右曹郎官、秘書省著作郎。升右正言兼侍講，首論廣蓄人才，以備緩急。進升為太常少卿兼權中書舍人。韓侂胄計劃北伐金朝，他上書極論不可，于是以言事去職。韓侂胄被誅，宋寧宗召婁機為吏部侍郎兼太子左庶子，轉任禮部尚書兼給事中。嘉定元年（1208年）上書三事：成紀綱、固邦本、壯國威。于是擢升同知樞密院事兼太子賓客，進參知政事。告老，以資政殿學士致仕，提舉洞霄宮。卒後，贈金紫光祿大夫。

婁機家藏碑版圖籍豐富。深于書學，博覽窮讀，精研文字。著有《漢隸字源》、《班馬字類》、《廣幹祿字書》。《班馬字類》五類，取司馬遷《史記》、班固《漢書》所用古字、僻字，以張守節《史記正義》、司馬貞《史記索隱》以及《西漢音義》、《集韻》諸書訂正，按四聲編排。考証訓詁，辨音釋義，都很詳盡。《漢隸字源》六卷，收錄東漢碑刻及壺、鼎、刀、鏡、盆等銘文。共收漢碑309種，魏晉碑31種，各記其時代地點、書人姓名。依《廣韻》韻目編排，每字以楷書立目，下面以隸書標註，有數體的一併羅列。是研究隸書及漢字演變的重要參考。