1913年4月16日卢衍豪出生于福建永定县一个书香门第的家庭，自幼就读于其祖父开设的私塾。祖父去世后，转入坎市小学。1927年，入永定县立初中，不久又转入龙岩省立第九中学和福州三明中学。

1930年，卢衍豪以优秀成绩考取福州理工中学，选读理科，对生物、化学尤感兴趣。他热爱大自然，探究自然界的奥秘，在中学里曾以“事事问个为什么？”为题发表讲演。1933年夏，他同时考取北京大学理学院、浙江大学化工系、上海暨南大学化学系，后选择了北京大学，由于仰慕地质系葛利普、丁文江、翁文灏、李四光等教授的盛名，专攻地质学，他学习勤奋，成绩优异，获甲等奖学金。1937年夏毕业于北京大学，获理学士学位。毕业后，留北京大学地质系，任世界知名的古生物学家A.W.葛利普（Grabau）教授的助教。系里派他与郭文魁去河北磁县考察煤田地质，适值卢沟桥事变爆发，平汉铁路北段交通阻断，无法返校工作，遂辗转返回故乡，任福建省建设厅矿

他在1941年发表的《云南昆明附近下寒武纪之地层及三叶虫》一文，至今仍为中国早寒武世地层分层的标准。中国东北南部的寒武纪地层系统是日本人在30年代至40年代建立的，虽在国际上广为流传，但错误甚多。1950年，他与王钰等重新划分东北南部的寒武纪、奥陶纪地层，在国际上引起强烈的反响。1953年，他与董南庭合著的《山东寒武纪标准剖面新观察》一文，进一步详细划分华北寒武系，建立了中国中、晚寒武世地层分层的标准。1959年发表的《中国南部奥陶纪地层的分类和对比》及1962年发表的《中国的寒武系》，首次对中国半个多世纪以来寒武纪、奥陶纪地层的调研工作，尤其是中华人民共和国建立后所获得的大量资料，进行全面的整理和系统总结，对中国寒武系、奥陶系各区域特征、划分对比、上界和下界、沉积物和生物群分布与古地理环境，以及矿产等方面作了全面论述，大大提高了中国寒武纪、奥陶纪地层研究的水平，后来，又发表多篇论文，进一步

卢衍豪热爱科学，学风严谨，博闻精研，襟怀坦白，平易近人，和蔼可亲，关怀青年，奖掖后进，对中、青年同事和学生言传身教，精诚合作。可谓“精研化石论沧桑，乐育英才铸栋梁。”（《化石》评卢衍豪）。