省黄冈县。1914年毕业于北京清华学校高等科，随后赴美国留学。先后就读于麻省理工学院、纽约哥伦比亚大学和芝加哥大学，获博士学位。1919年6月，涂羽卿在纽约与美国女子牟莉·霍甫斯结婚。涂羽卿回国后，担任国立东南大学物理系教授7年时间。此后到上海担任沪江大学物理主任。在上海，他还担任基督教青年会全国协会总干事，并于1947年出任圣约翰大学首任中国校长。这一时期，涂羽卿政治立场激进，发表过一些批评国民政府的言论。1950年，涂羽卿等40名基督教人士发起《三自宣言》，成为中国基督教三自爱国运动的早期倡导人