早年就读于宜山学堂，毕业后到蒲城、镇下关当塾师。1931年5月曾书面向中共中央报告浙南红十三军失败后的斗争情况。1931年10月在瑞安被捕，同年12月11日于温州英勇就义。

1919年春到厦门集美学校当录事。1921年转至樟州华侨主办的中学任教，曾因书写反对军阀统治的标语被捕入狱，后经亲友营救获释。1925年春入温州甲种商业学校学习，同年冬加入中国共产党。1926年春赴广州入毛泽东主办的第六届农民运动讲习所，同年秋结业，以中央农运特派员身份返回温州开展农民运动。他深入平阳、瑞安、乐清等县指导农运工作，直接在永嘉发动农民群众，组织发展农民协会。1927年春被选为永嘉县农民协会委员长。四一二反革命政变后，他潜回家乡，遭到国民党当局搜捕，同年9月转去厦门集美学校任教。1928年3月返回永嘉从事地下斗争，秘密发动组织农民，开展反封建斗争。1930年2月协助中央特派员金贯真在瑞安召开会议，决定发动浙南农民武装斗争。会后他到永嘉西楠溪，参与领导成立浙南红军游击队。3月成立浙南红军总指挥部，负责政治工作，参与领导开展浙南游击战争。5月代表浙南游击区赴上海，出席全国苏维埃区域第

1930年1月，党中央派金贯真为巡视员到浙南，2月初在瑞安肇坪癎召开永嘉中心县委扩大会议。会议听取了王国桢的工作报告，金贯真传达了党的六届二中全会精神，会议决定在永嘉西楠溪、平阳江南一带组织红军，开展游击战争，由王国桢、李振声、雷高升负责。3月7日，中央军委派胡公冕等来浙南领导武装斗争，在潘坑白岩与王国桢会合，正式成立浙南红军游击总队，王国桢负责政治工作。3月26日，王国桢和雷高升带领21人的队伍，准备到平阳江南一带进行武装活动，沿途在瑞安缴了两个盐局、一个公安局分所的枪械。到达平阳后，在中共平阳县委的带领下，他们在白沙路缴了瓯盐公所缉私营的枪械。当王国桢他们在平阳开展武装斗争的时候，中共中央巡视员金贯真来温州组织浙南特委，王国桢赴温州向金贯真汇报了西楠溪游击队情况。4月21日，王国桢带部队回到永嘉西内和李振声会合，共300多人，准备攻打国民党反动派一个主要的农村据点——后渠。此时，在金贯真

王国桢烈士故居，位于苍南蒲城乡西门外村，是一座由25间房子组成的四合院，已有160多年历史，占地面积1182平方米。2006年，中共苍南县委、县人民政府投资30多万元，对故居进行了抢救性修复，坚持修旧如旧的原则，保持了故居原有的建筑风格。6月26日，修缮一新的王国桢故居举行隆重的落成典礼仪式，并正式对外开放。故居台门前悬挂着时任温州市人大常委会主任卢声亮题写的匾额“王国桢烈士故居”。故居内设立陈列馆，分3个部分展出了大量珍贵的历史文物、图片资料，展示了王国桢烈士革命的一生。