生于美国马萨诸塞州剑桥镇，是Walter和Cornelia James Cannon五个孩子中的一个。其父 Walter B. Cannon在二十世纪初任哈佛大学生理系主任三十六年。与费正清结婚前叫做Wilma Denio Cannon。

1931年从哈佛拉德克利夫女子学院（Radcliffe College）艺术史系毕业。

1932年独自一人去北平与未婚夫费正清结婚，在中国期间与建筑学家梁思成、林徽因夫妇等结为好友。夫妇二人的中文名字便是梁思成所取。

1936年回到家乡马萨诸塞州剑桥，成为一名教授夫人。

1941年秋当费正清被美国政府征召时，夫妇二人前往美国首都华盛顿。

1942年1月起任美国国务院文化关系司对华关系处文官。尽管在二战期间丈夫被派往中国，费慰梅一直在华盛顿工作，直到1945年5月被派往中国任美国驻华大使馆文化参赞，先在重庆，后来去了南京。当她两年后离开中国时，夫妇二人已经收养了两个女儿Holly和Laura。返回美国后，费慰梅坚持研究和写作。

宾夕法尼亚大学出版社出版了她为他们夫妇二人的终身好友所作的传记《梁思成和林徽因─一对探索中国建筑的伴侣》（Liang and Lin Partners in Exploring China's Architectural Past，简体版：《中国建筑之魂─一对外国学者眼中的梁思成与林徽因夫妇》上海文艺出版社出版）。

1984年MIT出版社出版了她作为编委的梁思成的遗作《图像中国建筑史》（A Pictorial History of Chinese Architecture）。

2002年4月4日于马萨诸塞州剑桥家中平静地过世。