清光绪二十五年十月廿八日生于一个较丰裕家庭，排行第二，父亲周藤珊（字慈山）清末曾任下级军官，后开中药铺。
一九一零年父亲中年去逝，周至柔由母亲侯氏抚养成人，因而侍母甚孝。早年在家乡私塾启蒙，爱好文学，尤喜陆游诗词，后升入浙江的省立第六中学读书。一九一八年八月中学毕业，一九一九年春，周百福考入保定陆军军官学校第八期步兵科第四队，在校期间与陈诚、罗卓英相识。一九二二年六月周百福从保定军校毕业，分配在北洋浙江陆军第二师（张载阳部）见习，后升任排长。一九二三年升任浙军连长。
一九二四年春，周百福南下广州，得到陈诚的关照引荐，参加了国民党，并改名周至柔，参与创办黄埔军校，九月任国民党陆军军官学校兵学上尉教官。一九二五年二月参加第一次东征；十月参加第二次东征，打跨陈炯明后升任虎门要塞司令部参谋长。一九二六年七月国民政府誓师北伐，周至柔奔赴韶关接任第一补充师（后改为国民革命军第二十一师，师长严重）第三团（后改第六十三团，团长陈诚）团附，随东路军转战江西。
一九二七年一月由赣入浙，在龙游、兰溪一带与孙传芳部卢香亭军作战；二月在桐庐浪石埠架桥渡江，攻击孟昭月部，十五日进占新登，十八日克复杭州，三月十八日攻占吴江，二十一日进占苏州；四月任第二十一师（师长曹万顺、副师长陈诚）补充团团长，七月陈诚接任陆军第二十一师师长，周至柔任该师参谋长；八月参加龙潭战役。一九二八年四月国民党组织继续北伐，周至柔任南京国民政府军事委员会军政厅处长，六月任长江上游办事处少将主任。
一九三零年四月复任陆军第十一师（陈诚）参谋长，旋继任第三十一旅旅长，五月奉命参加中原大战，先后随陈诚参加了攻克马牧集、归德、济南、郑州等一系列重要战役；八月升任第十八军（陈诚）第十四师副师长。
一九三二年二月任陆军第十八军第十四师中将师长，三月十二日升任陆军第五军副军长，六月改任陆军第十八军（陈诚）副军长，成为陈诚的心腹大将。
一九三三年五月，经陈诚举荐，蒋介石特选周至柔赴欧美各国考察空军教育，从此脱离了陆军系统，开始空军生涯，出国后周至柔苦学英语，认真考察了各国航空建设和空军训练。一九三四年四月周至柔回国，向蒋介石呈上考察报告和建设空军计划书；七月十四日任中央航空学校校长，对学员进行严格的技术训练和精神训练，还多次单独驾驶飞机练习飞行。一九三四年五月，蒋介石成立全国航空建设会，自兼委员长，周至柔为常务委员。
一九三六年一月二十四日，周至柔被国民政府叙任陆军中将；任国民党航空委员会主任，负实际领导全国航空事业责任，他抓紧时间培养飞行员，向外国购买飞机，在全国各地建立军用飞机场；五月航空委员会又进行改组，蒋介石兼任委员长，周至柔为主任委员；十月在蒋介石五十寿辰之日，空军特由高志航领队，使用美制飞机，在南京上空编成“中正”、“五十”四个字型，国民党空军已经初具规模。一九三七年五月划全国空军军区，再改组航委会，周至柔为常务主任委员兼第一厅厅长。一九三八年任昆明中央航校校长。抗日战争时期兼任空军前敌司令部总指挥，率中国空军对日作战。一九四六年航空委员会改组为空军总司令部任司令。
出任职务一九四九年去台湾，后任台湾“国防部”参谋总长、“行政院设计委员会”委员、“国防部兵工委员会”主任委员。一九五四年任“国防会议秘书长”。一九五七年调任“台湾省主席”，兼任“台湾保安司令”、“民防司令”。一九六二年改任“总统府”参谋长。一九六六年九月以后相继任“总统府”战略顾问、“总统府侍从室”主任、“国家建设研究委员会”主任委员、“中国高尔夫球协会”理事长等职，并获授一级上将军衔。国民党第七届中央委员，第八、九、十届中央常委，第十一届中央评议委员会委员，第十二届中央评议委员会主席团主席。一九八六年八月，任内病逝于台北，享年八十八岁。
周至柔十分重视航空教育，并著书立说。一九三六年四月，作为当时国防教育丛书的由南京正中书局出版的长达一百七十一页的《国防与航空》一书，即是周至柔考察欧美等国航空事业回国后所作。一九四零年，周至柔又编著了长达一百八十六页的《世界空军军备》一书，作为国防科学丛书，由青年出版社出版。这两部书，前者重在航空教育，后者重在了解当时世界空军概况。在一个国家的现代化标志中，军事力量和军事将领的世界性眼光是主要因素。周至柔的《国防与航空》与《世界空军军备》，是当时中国空军军事学术研究的一个高峰。在马天保主编的《二十世纪中国学术大典.军事科学》“空军战术研究”条目中，将周至柔的《空军之指挥及运用》、《国防与航空》、《世界空军军备》三本书，列为民国时期空军战术研究的最主要的研究成果。
周至柔认为：空军教育是决定空军建设成败的关键。空军教育两大要素：一是精神；二是技术。从战略上要培养“攻击精神”，周至柔认为：攻击精神是军队的灵魂，是发挥战斗力的先决条件，这种攻击精神即是为国献身的牺牲精神。在战术上，要有创意的战术思想；即“为人之所不敢为，能人所不敢能”。强调“训练重在实战
抗日战争时期，周至柔兼任空军前敌司令部总指挥，率领中国空军对日作战。中国革命历史博物馆编写的《国民党将领传略》，记载周至柔在抗日战争中，为中国空军建设、指挥空军抗战作出了重大贡献！
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