安定郡鹑觚（今甘肃灵台县）人。牛僧孺之子。开成二年（837年）进士。咸通五年（864年）二月，以兵部尚书为检校兵部尚书，兼成都尹。干符中，累官剑南西川节度副大使、知节度事。黄巢入长安，随僖宗幸蜀，授太常卿。回长安后，任吏部尚书。后以司勋员外郎担任睦州刺史。参修《文宗实录》。襄王之乱爆发，避难至太原，客死异乡，卒年不详。《全唐诗》录其诗一首。有子牛峤。