太常少卿。梁廷栋举万历四十七年（1619年）进士，授南京兵部主事，召改礼部，历官仪制司郎中。天启五年（1625年），迁抚治西宁参议。官至兵部尚书。《明史》记载他“居中枢岁余，所陈兵事多中机宜”，“颇挟数行私，不为朝论所重。”曾与袁崇焕共事于辽。袁崇焕杀毛文龙之后，后金拥兵南下京城，梁廷栋上疏请斩袁崇焕，称“则逆奴之谋既诎，辽人之心亦安”。崇祯三年（1630年）荐用孙元化为登莱巡抚。后被弹劾“纳贿营私”，“得闲住去”。崇祯八年（1635年）起用为兵部右侍郎兼右都御史，“代杨嗣昌总督宣府、大同、山西军务”。