19岁补仁和诸生。清乾隆三年(1738年)举人,初任直隶青苑知县,又升宣化知府。三十六年授直隶总督,三十九年率部镇压山东王伦起义,加太子太保。在直隶总督任内,主持疏浚天津永定河、子牙河,修筑津门5闸。乾隆皇帝赐御书“福”字匾额和上方珍物,并赐在紫禁城骑马殊荣。乾隆四十五年,晋升工部尚书,因年老多病乞休,回乡不久即逝世。今黎里柳亚子故居即为周元理故宅。
十一年,以知县拣发直隶,补蠡县。调清苑。以总督方观承荐,擢广东万州知州,改霸州。以修城未竣,留清苑。会有部胥持伪札驰传者,察其奸,诘问具服,事上闻,上才之。调易州,擢宣化知府。母忧归。上屡出巡幸,畿辅当其冲,宫馆、驿传、车马、刍牧诸役,主办非其人,往往为民厉,奏起元理董其事。服阕,补广平,调天津,又调保定。擢清河道,迁按察使,再迁布政使。
清河治水
三十六年,命从尚书裘曰修、总督杨廷璋勘青县、沧州减河。用元理议,请撤闸改用滚水坝,并定每岁测量疏濬,从之。旋授山东巡抚。奏:“小清河发源章丘长白山,至乐安溜河门入海。章丘至博兴,有浒山、清河诸泊为纳水之区。请先将二泊濬深开广,遇水发时,有所停蓄,然后听其入河分注归海。并於每年农隙,疏濬下游各河。”未半载,擢直隶总督。
谏言雄县事
三十七年,疏言:“直隶雨多河涨,行潦无归,行旅多滞。民间堤埝冲决,田庐受患。请用以工作赈例,勘修冲途诸州县叠道,并濬良乡茨尾雅河,新城、雄县卢僧河;修新城、清河、雄、任丘、献诸县堤埝。”上遣尚书裘曰修按行直隶河工,元理与合疏言:“直隶诸水,千支万派。总由三汊河为入海之道,全资西岸叠道,置桥穿运,而东汇入海河。出口西岸旧有桥十一,今拟添建桥九,俾无壅遏,上游不至受害。格淀堤自当城以下改为叠道,酌添涵洞,使行水畅顺。子牙河下游澄清,不使清河受淤。”诏如所请。雄县民诉知县胡锡瑛私鬻仓谷,上遣曰修及侍郎英廉按治得实,论罪。上谕曰:“直隶治赈,周元理奏言有司料理妥实。今有雄县事,所称妥实者安在?”下吏议,夺官,命留任。三十八年,加太子少保。
山东平乱
三十九年八月,山东寿张民王伦为乱,破寿张、堂邑、阳谷,犯东昌及临清,夺粮艘为浮桥,欲渡运河。上以畿南地相接,敕守要害。元理驰至故城,令布政使杨景素、总兵万朝兴、
副将玛尔清阿以兵千二百驻临清西岸遏其冲。大学士舒赫德率禁旅讨贼,贼渡西岸犯我师,玛尔清阿击败之。贼溃复合,又为我师所败,进夺浮桥。贼退保临清旧城,元理令朝兴督兵助攻,伦自 焚死,乱旋定。寻与侍郎兼顺天府尹蒋赐棨勘八旗在官荒地,请招佃承垦,八年后起租;沮洳庳下之区,并为开沟泄水;下部议行。四十年,元理年七十,召至京,御书榜赐之。
晚年
四十一年,与学政罗源汉请热河增建学校。四十三年,上命改热河为承德府,令元理寿画。疏请改设州一县五,增置官吏如制。并请开附近潘家口汛煤窑。四十四年,坐井陉知县周尚亲勒派累民,民上诉,元理请罪民。上命尚书福隆安按治,责元理袒护,夺官,予三品衔,令修正定隆兴寺自赎。寻授左副都御史,仍署直隶总督。四十五年,迁兵部左侍郎,擢工部尚书。四十六年,引疾归。四十七年,卒。令江苏布政使致祭。