生平

伏湛年轻时继承父亲为儒者，教门生数百人。汉成帝时，因父亲的功绩，任命为博士弟子。经过五次进升后，在王莽当皇帝时，任绣衣执法（新制绣衣御史）督察大奸命，后担任后队属正（新制河南郡都尉）。

更始时期

更始帝即位，伏湛被任命为平原太守。伏湛孝顺长辈厚待友人为人所知。赴任平原太守时，四方兵乱，伏湛教学不止。和平原百姓一起吃粗食，俸禄全赈济故乡，来客人一百馀家。门下督建议伏湛起兵割据，伏湛认为他行为惑众，于是诛杀门下督，将其枭首，郡内安定。

光武时期

刘秀即位为光武帝，以伏湛名臣声望，聘任他为尚书，主管恢复旧制。大司徒邓禹西征进言光武帝伏湛堪任宰相，于是光武帝任命伏湛以司直兼行大司徒事。光武帝亲征，常以伏湛担任留守，总摄群司。建武三年（27年）三月，邓禹辞任大司徒，伏湛继任，封阳都侯。

赤眉军投降后，光武帝亲征渔阳郡彭宠。伏湛反对皇帝离开洛阳远征渔阳，认为浪费人力物力，而成果不大，光武帝听从，取消了亲征渔阳。

伏湛的名声在青州、徐州广为人知，原赴任的平原郡周围也是如此同様。当时，河北地方军获策军部将徐少（徐异卿）受到汉军攻打不降，说「愿降司徒伏公」。光武帝派遣伏湛到平原，徐少于是投降。

伏湛认为修文德非常必要，最重要问题是礼乐政治教化。建武五年（29年）、上奏施行乡饮酒礼。同年冬，光武帝亲征齐王张步，伏湛留守洛阳。其间，在高庙举行蒸祭，司隶校尉与河南尹在庙内争论，伏湛在光武帝归还后没有报告，被问责罢免。建武六年（30年），伏湛被封为不其侯，食邑三千六百户，到封地就任。

建武十三年（37年）夏，伏湛被召回洛阳，光武帝主持的宴席上伏湛中暑，不久病故。