褚彦回幼年时期就有高洁的声誉。宋朝元嘉末年，魏军逼近瓜步，百姓都整好东西，准备逃走。当时他的父亲褚湛之做丹阳尹，让他的子弟都穿着草鞋，在斋房前练习走路。有人讥笑他，褚湛之说：“这是安不忘危。”褚彦回当时年龄十几岁，很觉得惭愧。褚湛之有一头牛，是他最喜欢的，无故地掉在了堂屋前面的井里，褚湛之率左右众人亲自营救，郡中非常喧闹，褚彦回放下门帘不看。又有一个仆役偷了他的衣服，褚彦回遇见了，对他说：“可以严密地把它藏起来，不要让别人看见。”这个仆役很惭愧地走了，不敢再回来，后来褚彦回富贵了，那个人又回来谢罪，褚彦回待他和起初一样。
褚彦回与宋文帝的女儿南郡献公主结婚，被任命为驸马都尉，授职著作佐郎，逐渐调任秘书丞。褚湛之死后，褚彦回把财产全部推给弟弟褚澄，只取书几千卷。褚湛之有两厨宝物，在褚彦回的生母郭氏那里，他的嫡母吴郡主去要，郭氏企图不给，褚彦回说：“只要彦回在，怎么还怕没有钱？”郭氏还是不给，褚彦回流着眼泪坚持请求，才答应他了。后来承袭了都乡侯的爵位，曾担任尚书吏部郎。
景和时期，山阴公主淫荡放肆，窥见了褚彦回，很喜欢他，就告诉了前废帝，废帝就召褚彦回到西上阁住宿十天，公主就在夜间去那里找他，用尽各种办法逼迫，褚彦回严肃地站在那里，从晚上直到早晨，不为她动摇心志。公主对他说：“您的胡须像戟矛，为什么却没有丈夫意气？”褚彦回说：“彦回虽然不聪慧，怎么敢带头进行淫乱？”
宋明帝即位，逐步升迁为吏部尚书。有人找他求官，秘密地在袖子里藏了一块金子，请求他在闲暇的时候单独谈话，拿出金子来给他看，说：“别人都不知道。”褚彦回说：“您自己应该得官，用不着这种东西。如果一定要送我，那就不得不上报了。”这个人非常害怕，收起金子走了。褚彦回向别人说起这件事，而不说他的名字，当时的人都不知道他。
明帝在地方任职的时候，与褚彦回因为风格同一向友好，到现在则对他深深地委任和信赖，提出什么事情一概听从。改封他为雩都伯，曾任侍中，兼尚书、右卫将军。
褚彦回仪表很美，讲究举止，俯仰进退，都很有风度。每当朝会，百官和远国的使节，无不翘首目送他。明帝曾经慨叹说：“褚彦回能迟缓行步，就可以当宰相了。”当时的人把他比作何平叔。他们曾经聚集在袁粲家中，初秋的一个凉爽的晚上，风月很美，褚彦回拿来琴，奏起了《别鹤》的曲子，音调准确，气韵流畅。王..、谢庄都在袁粲的座席上，击着拍子叹息说：“以没有牵累的精神，配上具有韵律的乐器，乐调暂时离开，也不会立刻停止。”
当时的鄙贱人常珍奇和薛安都叛乱，投降来、叛变去不止一次。后来又请求投降，明帝给予他很重要的职位。褚彦回说保全他的脑袋，就已经算是宽宏，不值得大加特殊的恩宠。明帝不听。常珍奇不久又叛变。
褚彦回后来担任吴兴太守，明帝卧病危险，派遣使者驰马去召他，想托付后事。等到召进来，明帝坐在帐中流着眼泪说：“我近来病危，所以召见卿，想让你穿黄罗裙。”他指着床头上的大匣子说：“文书都在匣子里边装着，这个匣子不能再打开。”褚彦回也悲伤得不能自制。黄罗裙，是他乳母的衣服。明帝即使在小时候，就怀着对身后的考虑。建安王刘休仁，人才优秀，众人尊崇，明帝找褚彦回谋划把他杀掉，褚彦回认为不可以这样。明帝发怒说：“卿呆痴，不值得跟你讨论事情。”褚彦回恐惧而遵奉了他的意旨。又做了吏部尚书、卫尉卿、尚书右仆射，因为母亲年老有病，早晚需要奉养，所以要求辞去卫尉卿，没有准许。
明帝去世，遗诏让他担任中书令、护军将军，他与尚书令袁粲一同受到顾命，辅佐幼主。袁粲等人虽然同被托付，而主要用意则在褚彦回。褚彦回与他们同心处理政事，务求节省简约，百姓十分信赖。不久王道隆、阮佃夫掌权，贿赂公行，褚彦回已经不能禁止了。
遭到了生母的丧事，他过度哀伤很快身体消瘦不能辨认，他整整一年没有洗澡梳头，只有在哭泣流泪的时候才可以见到他本来的形貌。诏令截止哭泣，禁止客人吊丧。葬罢以后，起用为中军将军，本来的职务不变。
元徽二年(474)，桂阳王刘休范造反，褚彦回与卫将军袁粲入内保卫皇宫，镇定凝聚大众的人心。褚彦回起初做丹阳尹，曾经和他的弟弟褚癤同坐一辆车子，路上遇到齐高帝，褚彦回举手指着高帝的车子对褚癤说：“这不是一个平常的人。”后来出任吴兴太守，高帝赠物告别，褚彦回又对别人说：“这个人才貌不凡，将来不可预料。”等到顾命期间，引拔高帝参与掌权。
高帝平定了桂阳，调任中领军，兼任南兖州刺史，高帝坚持推让，给褚彦回和卫军袁粲上书陈述自己的心情，褚彦回、袁粲不答应，高帝才接受了命令。这一年任命褚彦回为尚书令、侍中，配给仪仗二十人，他坚持辞让。元徽三年，晋升爵位为侯。服丧期满，改授他为中书监，侍中、护军职务依旧，配给乐队一支。
当时淮水属于北朝，江南不再有鳆鱼，偶尔有人辗转得到的，一条值几千钱。有人赠给褚彦回鳆鱼三十条，褚彦回当时虽然高贵，但是过于贫穷，有的仆人献计把它卖掉，说可以得到十万钱。褚彦回脸色一变说：“我觉得这是食物，不是财货，而且不知道可以卖钱，姑且接受。虽然家中节俭困乏，怎么可以卖掉赠送的东西换钱呢？”结果全部给了亲朋去吃，不几天便吃完了。
第二年，嫡母吴郡公主去世，哀伤过甚，极为消瘦。葬罢，诏令他代职，坚持推辞，又因为周年祭礼来到，上表解职，都没有准许。
苍梧王的暴虐逐渐加剧，齐高帝与褚彦回及袁粲谈论时事，袁粲说：“主上年幼，微小的过失容易改正，伊尹、霍光的做法，不是衰世所能做的，纵使成功了，也终于没有完整的土地。”褚彦回默不作声，倾心于高帝。等到苍梧王被废除，公卿们在一起商议，袁粲、刘彦节都不肯接受委任，褚彦回说：“除了萧公没人能了结此事。”手取用物交给高帝。高帝说：“大家都不肯，我怎么能再推辞！”事情才安定下来。顺帝登基，改称褚彦回为卫将军、开府仪同三司，侍中职务依旧，卫士五十人入殿。
等到袁粲怀了叛逆之心，说：“褚公眼睛中白色很多，就是所谓白虹贯日，灭亡宋朝的最终是这个人。”后来有一天，袁粲对褚彦回说：“国家所依赖的，只有您和刘丹阳及袁粲罢了，希望各人自勉，不要让竹帛所写的史书笑话我们。”褚彦回说：“希望把我的心放到您的肚子里就可以了。”然而终于不能坚贞固守。
到了高帝辅政，王俭提议为高帝加黄钺，任遐说：“这是大事，应该报告褚公。”高帝说：“褚公如果不给，您将怎么办？”任遐说：“褚彦回保护妻子，爱惜生命，并没有奇才异节，我能制服他。”果然褚彦回没有反对。
后来沈攸之事件发生，高帝召褚彦回谋划，褚彦回说：“西夏发难，事情必定不会成功，您应当首先防备内部。”高帝秘密地进行了防备。事情平定，晋升为中书监、司空。
齐台建立，褚彦回告诉高帝，引用何曾由魏朝的司徒任晋朝的丞相为例，请求做齐官。高帝很谦虚但没有准许。建元元年(479)，晋升职位为司徒，侍中、中书监职务依旧，改封为南康郡公。褚彦回辞让司徒，便给仆射王俭写信，想依照蔡谟的事例。王俭认为不应该这样说，劝褚彦回接受任命。但终于没有就任。不久任命为尚书令。建元二年，重申前次的命令为司徒，又坚持推让。
魏军出动，高帝打算发动王公以下无官的人去从军，褚彦回上谏认为对实用没有好处，空致扰动，皇上才停下来了。
建元三年七月，高帝亲尝醇酒，盛夏的时候想夜间出去，褚彦回与左仆射王俭进行劝谏，认为：“从汉宣帝以来，不在夜间进入宗庙，用以防备异常事情的发生。君主极为重要，是应该谨慎行事的。”高帝听从了他。
当时朝廷的机要事情，褚彦回大多参与谋议，常常被采纳，很受礼遇。有一次皇上大开宴席，酒后对朝臣说：“卿等都是宋朝时的公卿，怕也没有料到我应该得到天子。”王俭等人还没来得及回答，褚彦回拿着手板说：“陛下不能说臣没有早识龙颜。”皇上笑着说：“我有愧于文叔，知道您是朱祜已经很久了。”
褚彦回善于弹奏琵琶，齐武帝在东宫举行宴会，赐给他金缕柄银柱琵琶。他性格温和典雅，有度量，不乱作举动。他的宅院中曾经失火，烟气和火焰逼人，左右的人惊慌纷乱，褚彦回神色安然，找了一辆车子慢慢离去。然而世人却常常以名节非议他，当时百姓俗语说：“可怜石头城，宁为袁粲死，不作彦回生。”
高帝逝世，遗诏任命褚彦回为录尚书事。江东建都以来，没有单独任命为录尚书事的，有关部门怀疑应该立下优文还是策书。尚书令王俭提议，认为“现居本官，另外任命为录尚书事，应该有策书，而过去的史书不载。中叶以来，三公王侯，则策书优文并设；官品第二，用策书而不用优文。优，就是赞美；策，则兼以说明委寄。尚书职务居于天官，是政治教化的根本，所以尚书令品级虽然第三，任命必定有策书。录尚书品级不见记载，而总领的职守更重，前代大多和本官同时任命，所以不再另外有策书。根据事实推论情理，不能够等同于一般官员，应该有策书，用以表明隆重。既然不同于王侯，也就用不着优文了”。于是就听从了他的说法。很快增加褚彦回的仪仗为三十人，五天上朝一次。
不久褚彦回生病卧床。褚彦回少年时候曾经病得很重，梦见有人把一套算命的卜蓍送给他，随后就发现少了其中一个，到现在已经四十八岁了，年初就卧病。而太白星和荧惑星相继侵犯上将星，褚彦回担心不能再起来，上表请求退职。武帝不准许，于是改任他为司空、骠骑将军，侍中、录尚书事职位依旧。去世的时候年龄四十八岁，家中没有余财，欠债数十万，诏令赐给东园的秘密宝器。
当时司空的佐官因为褚彦回没有上任，怀疑是否应该对他使用属官的礼节，王俭论证说：“依照《礼》，新娘在出嫁的路上，听到丈夫家有了丧事，改服而入。现在佐官虽然没有随同工作，但是属吏的礼节是由天朝规定的，应该表示以礼相敬。”司徒府的官吏又因为褚彦回已经解职，而没有接受新的任命，府中的佐官是否应该为他服丧呢？王俭又论证说：“依照本朝中叶士孙德祖从乐陵调任到陈留，还没有入境，去世了，乐陵郡的官吏依照晋见太守的礼节，陈留迎接的官吏依照‘娶女有吉日，以齐衰吊丧’。司徒府应该依照所居的官位来定丧服。”又诏令赠他为太宰，侍中、录尚书、南康郡公依旧不变，增加仪仗为六十人，送葬的礼仪完全依照宋朝太保王弘的旧例，谥号为文简。在此以前，庶姓的三公，丧车没有固定的规格，王俭建议官品第一，都加旗帜和网络，就是从褚彦回开始的。又诏令褚彦回的妻子、宋朝已故巴西主的墓道暂时开启，应该追赠为南康郡公夫人。
