任中師進士及第，試秘書省校書郎、知平陸縣（今山西省平陸縣）。宋真宗將祭祀汾陰，任命陳堯叟判河中府（今山西省永濟市），以便管理祭祀之事，徵召任中師管理整理大臣的箋奏，屢次升遷為著作佐郎，歷任知千乘縣（今山東省廣饒縣）、知襄邑縣（今河南省睢縣），改任秘書丞。通過張知白的推薦，擔任右正言。任中正被貶，任中師降職為太常博士、監宿州（今安徽省宿州市）酒稅。不久，通判應天府（今河南省商丘市）。

曹利用徵召他為群牧判官，改知滑州（今河南省滑縣），入京為開封府（今河南省開封市）判官。屢次升遷為尚書度支郎中、直史館、知澶州（今河南省濮陽市）。以太常少卿、直昭文館知廣州（今廣東省廣州市）。視事第二天，屬吏告訴他按慣例當拜謁祠廟，都是官署里有淫祠，任中師于是命撤去淫祠。兼市舶使，市舶置使從此開始。

還京，擔任諫議大夫、判尚書刑部。加集賢院學士，再知澶州。沒有成行，進任龍圖閣直學士、知并州（今山西省太原市），允許他便宜行事。改人樞密直學士、知益州（今四川省成都市）。之前，轉運使韓瀆急于謀利，柴草、蔬果之類都徵稅，任中師上奏請求免除。

康定年間，任布守河陽，數次上書奏事，宋仁宗想要任用他。呂夷簡推薦任中師的才能不在任布之下，于是兩人一起召入朝廷為樞密副使。第二年，建北京大名府（今河北省大名縣），令任中師主管修建。進升為給事中，宣撫河東，沒有上任。他請求外任州郡，于是以尚書禮部侍郎、資政殿學士知永興軍（今陝西省西安市）。請求內遷，得知陳州（今河南省淮陽縣）。

過了一年，上書：「臣已經年老，本是曹州人，願得守曹州。」于是知曹州。改戶部侍郎。次年，告老，拜太子少傅致仕，進少師。死後，贈太子太傅，謚號安惠。任中師性情安樂隨和，平時生活儉約，晚年知曉養生之術，號稱大塊翁。