范镇字景仁，成都华阳人。薛奎为蜀守，一见到范镇就很喜欢他，把他召到府舍中，使他给子弟讲学。范镇更加自谦恭退，每每步行到官府门口，一年以后，人们还不知道他是守帅的客人。等到薛奎回到朝廷，就带着范镇一起到京城。有人问薛奎入蜀有什么收获，他回答说“：最大的收获是得到一个不平常的人，当会以文学闻名于世。”宋庠兄弟看到范镇的文章后，自谓不如，与范镇成为布衣交。
赴试进士，礼部奏名为第一。按成例，殿廷皇帝唱名过三人后，礼部试第一名，就可越次大声自己陈述，通常得以置于上等之列。吴育、欧阳修号称耿直清介，也顺从众俗。范镇唯独不然，同伴们多次劝他自陈，不为所动。直到第七十九人，这才随呼出应，退而归列，没有一句怨言，朝廷中的人都感到惊异。从这以后陈旧之风于是被革除。
调任新安主薄，京西留守宋绶把范镇延请到国子监，推荐他为东监直讲。召试学士院，应该得馆阁校理之职，主考部门错误认为他的诗文失之韵律，补为校勘。人们为他愤忿不平，但范镇处之安然。经过四年，按常规应当升迁，宰相庞籍说“：范镇具有特殊才能，而不汲汲于官职的升迁。”于是越级授官直秘阁，判吏部南曹、开封府推官。提拔为起居舍人、知谏院。范镇上疏建议：“民力窘迫困乏，请减少祖宗以来的官吏军队人数，酌取其折中数额作为永久制度，用现在赋税收入数额的十分之七作为各种费用开支，储备其中的三成用以防备水旱灾害非常之急。”又说“：周朝以冢宰管理国家财政，唐代以宰相兼判盐铁、度支。今中书省主管政务，枢密院主管军事，三司主管财政，各自互不相知。财政已经匮乏，枢密院仍无限制增加兵员；老百姓已经贫困，三司仍支取资财不休。请求让二府互相通报共同主持军政大计，与三司一起共同管理国家财政。”
契丹派使者来，为虚张声势显示国力强大，于是执政大臣增募军队以敷衍塞责，一年耗费钱财百千万。范镇说：“防备契丹不如宽待三晋百姓，防备灵夏不如宽待秦地百姓，防备西南夷不如宽待越、蜀之地的百姓，防备天下不如宽待天下百姓。军队是用来保卫百姓的，反 而残害百姓，我担心他日的忧患不在四夷，而在冗兵与穷困的百姓。”
商人把粟米输往河北，到京师领取报酬，但榷货务不马上给予现钞，久而卖之，十成中只能得到六成。有人建议拿出内库钱，稍稍增价给商人贸易，一年可得盈余息钱五十万。范镇认为“：外府内库，都是政府部门。现在使外府阻滞商人，而内库乘人之急以牟取巨利，最有伤国家大体。”仁宗马上制止了这种做法。
安葬温成后，太常礼院讨论礼仪，墓地前面叫园，后面叫陵，宰相刘沆以前为监护使，后为园陵使。范镇说：“曾听说执法官吏舞弄法令，没有听说礼官舞弄礼仪的。请诘问前后仪礼异同的情况。”集贤校理刁约论墓中陪葬物大多奢侈华丽，吴充、鞠真卿争论礼仪，一同补任地方官，范镇都上章请求一一挽留。石全斌护葬，转任观察使，其他护葬官吏全部优先升迁两官。范镇说“：章献、章懿、章惠三个皇后的安葬，推恩都不能与此相比。请求追还石全斌等人任命书。”副都知任守忠、邓保吉同日拜官授职，内臣无故改官的又有五六人。当时有制度规定，凡是内降敕令不是以律令为标准的，都准许上奏。还不到一个月，大臣即废而不行。范镇请求治中书省、枢密院有关官员之罪，以示天下。
仁宗生性宽厚仁爱，言事的人竞相激烈攻讦，以至于用没有根据的男女私情来污辱他人。唯独范镇务必援引国家大体，不是有关朝廷安危，有关百姓利益忧虑的事，就疏略不说。陈执中为宰相，范镇论他没有学问，不是宰相之才。等到陈执中的宠妾鞭笞杀死奴婢，御史弹劾上奏，想要驱逐陈执中离去相位。范镇说“：现在阴阳不和，财匮民困，盗贼滋生势盛，监狱充斥，陈执中应当负责任，但御史舍大责细，发泄私恨，如果用这作为进官退职的标准，这只是因为一个奴婢的事而驱逐宰相，就不足以表明等级，区分该立于殿堂和台阶下的。”有识之人认为这是正确的。
文彦博、富弼入为宰相，诏命百官群僚在郊外迎接。范镇说“：与其以虚礼隆遇他们，不如以至诚对待他们。陛下任用他们两人为宰相，整个朝廷都认为得到人才。然而近代制度，两制不得造访宰相住宅，百官不得私下拜见，这不是以诚相待。希望废除郊迎，废除拜访的禁令，那么对驾御臣下来说是一举两得了。”建议减少任子及每年取士的数额，都是从范镇开始。范镇又请求命令宗室及远亲补任地方官，仁宗说：“你说的是对的。只是担心天下说我不能和睦亲族而已。”范镇说“：陛下甄别其中的贤能者加以任用，不埋没他的才能，这就是和睦亲族。”虽然暂时没有实行，到熙宁初年(1068)，终于果真像他说的那样做了。
仁宗在位三十五年，没有继承皇位的后代。嘉..初年，仁宗忽然得病，中外大小官员，无不寒心担扰，但谁也不敢带头说此事。惟独范镇奋起而言“：天下还有比这更重大的事情吗？”他立即跪拜上疏说“：设置谏官，是为了替国家谋划计议。谏官如果不以国家大计事奉陛下，这是怕死嗜利的人，我不做这种事。目前陛下有病，海内恐慌忧虑不知该怎么办，陛下独自以祖宗后裔为念，这是为国家考虑，至深而又明智的举措。过去太祖舍开儿子而策立太宗，这是天下最大公无私的做法。真宗因周王去世，抚养宗子于宫中，这是天下最远大的考虑。希望陛下以太祖的胸怀，行真宗故事，选拔近亲中最贤能的人，优待其礼仪官秩，置于左右，参与图划天下大事，以维系亿万人的心。”
议疏上奏后，文彦博派宾客问范镇说了些什么，范镇以实言相告，客人说：“像这样，怎么不与执政大臣一起商量呢？”范镇说：“我自己料想必死无疑，所以敢于直言。如果与执政商量，或许认为不可以，难道就中途停止吗？”奏章累上，没有得到朝廷的答复。执政大臣谕示他说“：你何必效法希图名声营谋官职地位的人呢？”范镇致信执政说“：近来天象有变，猜想会有紧急军事情况，我义当尽职而死，不能死于乱兵手中。这就是我选择死的时候，还怎么会顾及希望图名声营谋官职地位的嫌疑呢？”又说“：陛下收到我的奏疏，不把它留在禁中而交付给中书，是想让大臣奉而行之。但我两次到中书，大臣都设辞拒绝了我，这是陛下想为国家计议，但大臣不想这样做。我私下推究大臣害怕躲避的用意，是恐怕实行这一办法后而陛下中途变卦而已。中途变卦的祸害，不过是一死。但国家的根本不立，万一有如天象所告诉的急兵之变，即使死了也还有罪过，这样他们的打算也就已经很疏粗了。希望陛下把我的奏章示给大臣，让他们自己选择死处。”听说这话的人两腿发抖。
被任命为兼侍御史知杂事，范镇因所上言没被采纳，坚决辞谢。执政谕示范镇说“：现在你的言论已经上报了，但要实行你所说的很困难。”范镇再写信给执政说“：事情应当论其是正确的还是错误的，不应当问其是困难还是容易。诸公认为今天比以前困难，如何知道他日不比今天更困难呢？”范镇进见皇上共面陈三次，言词更加恳切。范镇流泪，仁宗也流泪，仁宗说：“我知道你忠厚，你所说的是正确的，当再等三二年再说。”范镇十九次上奏章，等待复命一百多天，头发胡子都变白了。朝廷知道不能夺其志，于是罢去他的知谏院，改任集贤殿修撰、纠察在京刑狱、同修起居注，于是任知制诰。范镇虽然解除了谏官职务，但没有一年不重申前议。见仁宗年岁越来越高，每每因事说及此事，希望以此感动仁宗的心意。到这时，因入殿谢恩，他首先说“：陛下给我许愿，到现在又三年了，希望陛下早定策立大计。”又乘合祭祖先的机会，献赋讽谏。此后韩琦主谋策立英宗为皇位继承人。
范镇迁任翰林学士。中书建议追尊濮王，两制、台谏与中书意见不同，诏命礼官检详制度和礼仪。范镇判太常，率领其属下说：“汉宣帝于汉昭帝为孙子，汉光武帝于汉平帝为祖父，他们的父亲容或可以称皇考，议者尚加以非议，认为这是以小宗附合大宗的绪统。现在陛下既然以仁宗为皇考，又后尊濮王为皇考，那么这种过失不是汉代二帝可比的。”执政大怒，召范镇责斥说：“刚令检详典章礼仪，你为什么立即条列上陈？”范镇说：“官吏得到诏命，不敢稽留，立即上陈以闻，乃是他的职责所在。如何变成罪状了呢？”恰逢起草制书，误迁宰相官，改任侍读学士。
次年，范镇回到翰林院，出任陈州知州。陈州正闹饥荒，范镇治事三天，擅自散发钱粟来借贷给百姓。监司追究很急，范镇马上自己弹劾，诏令赦免他。这年陈州获得大丰收，百姓所借贷的钱粟全部偿还。神宗即位，范镇再任翰林学士兼侍读、知通进银台司。按照旧的典章制度，门下省封驳制书圣旨，察看审查奏章奏疏，纠正违法行为，都写在所授的敕书上，后来才删削去。范镇开始请求恢复这一制度，使门下知道他的职守所在。
王安石改常平法为青苗法，范镇说：“常平之法，开始于汉朝盛世，它视谷价高低散发和收集，以便于农业和工商业，最为接近古代制度，不能改变。而青苗法实行于唐朝衰世，不足以效法。而且陛下厌恶富民之攫取财富太多，于是稍稍收取一些，这正是五十步笑一百步而已。如果现在有两人坐市贸易，一人故意压低价格全部卖出去倾轧另一人，那么人们都知道厌恶他，朝廷怎么可以做街市所厌恶的事呢？”吕惠卿在迩英殿说“：今预买绸、绢，也可比照青苗法。”范镇说：“预买，也是不好的制度。如果国库有余，应当一并废除掉，怎能拿两者来作比较。”韩琦极论新法的危害，送到制置三司条例司疏驳，李常乞求废除青苗钱，诏令分析，范镇都予封还。诏令五下，范镇执著如初。
司马光辞去枢密副使，诏令准许，范镇又封还诏令。神宗把诏令径直交付司马光，不经门下省。范镇上奏说：“由于我没有才能，使陛下废弃法令制度，这是官吏失职，请求解除我的知通进银台司职务。”
荐举苏轼为谏官，因御史谢景温上奏而罢免；举荐孔文仲为制科，孔文仲应对问策，论新法不便，结果罢归旧官。范镇都大力为之争辩，没有得到朝廷的答复。便上疏说：“我的建议不实行，无脸再立于朝中，请求谢事退职。我说青苗之事不被采纳，这是第一个应当离去的原因；推荐苏轼、孔文仲不被任用，这是第二个应当离去的原因。李定逃避居丧守孝，于是不认母亲，破坏人伦，逆忤天理，而朝廷打算以他为御史，御史台因为他罢去陈荐，舍人院因为他罢去宋敏求、吕大临、苏颂，谏院因为他罢去胡宗愈。王韶上书肆意欺骗蒙蔽，以便兴造边事，边事失败后，则置而不问，反而治罪帅臣李师中。等到御史一说苏轼，就下书七路指摘他的过失；孔文仲则遣回归任原职。用这二人与那二人相比，事情的理由谁对谁错，谁成谁败，难道能逃得出圣上的明鉴吗？说青苗法有见效的，不过是每年得到千万缗钱，而缗钱千万，不是出自天，不是出自地，不是出自建议者家，大概一律出自于百姓。百姓如同鱼，钱财如同水，养民而尽其财，就像养鱼而竭其水一样。”
范镇五次上呈奏疏，其后又指责王安石用自己的喜怒哀乐作为奖赏惩罚的标准，他说：“陛下具有纳谏的资质，而大臣进献拒谏的计谋；陛下具有爱护百姓的天性，大臣却使用残害百姓的办法。我知道这话入内会触犯大臣之怒，罪责且不可揣度。然而我职守是劝善规过，论议兴革，如果不说一句话，那么就辜负陛下了。”奏疏入内，王安石大为恼怒，拿着范镇的奏疏以至于手颤抖，他亲自起草制书极力诋毁范镇。于是范镇以户部侍郎退休，凡是他所应得到的恩典，全部没有给予。范镇上表辞谢，大略说：“希望陛下集中大家的意见作为耳目，以便消除蒙蔽之奸；任用老成持重的人为腹心近臣，以便养得和平和顺之福。”天下人听到范镇这番话后都称赞他。虽然王安石对范镇甚加诋毁，但人们更加以此为荣。范镇退职后，苏轼前往祝贺说：“您虽然退位，但名声更重了！”范镇悲伤地说“：君子是言听计从，消除后患于未然，使天下人暗中受到他的恩赐，而没有智慧之名，没有勇敢之功；我唯独不能这样做，使天下受到伤害而我却享其名，我于心何忍！”范镇每天与客人赋诗饮酒，有人劝他称病闭门不出，范镇说：“死与生，祸与福，是上天安排的，我奈何不了天！”同天节，范镇请求随班行祝寿，得到准许，于是成为制度。苏轼获罪，投入御史台狱，官府急于向他索要与范镇的来往书信文章，范镇还是上书辩论救助苏轼。久而久之，范镇被迁移到许州居住。
哲宗即位，韩维说：“范镇在仁宗时，首先陈述立太子之议，他从不对人说起，人们也不敢讲这件事。”开列起草十九疏上呈。范镇被任命为端明殿学士，起用提举中太一宫兼侍读，而且朝廷打算以他为门下侍郎。范镇向来不打算再起做官，他的从孙范祖禹也劝告阻止他，于是范镇坚决辞谢，改任提举崇福宫。范祖禹告假回家省亲，皇帝诏赐龙茶给范镇，慰劳很优厚。范镇再次告老，以银青光禄大夫又一次退休，累封蜀郡公。
范镇对乐特别注意，自己认为得到古代之法，独自主张房庶以律生尺的说法。司马光认为不是这样，于是多次辩论诘难，共数万言。起初，仁宗命李照改定大乐，下调王朴乐三律。皇..(1049～1054)年中，又诏命胡瑗等人考证。神宗时诏命范镇同刘几定乐。范镇说“：定乐应当先订正律吕。”神宗说：“对，即使有师旷的聪慧，不用六律也不能订正五音。”范镇制作律尺、龠合、升斗、豆区、..斛，打算把它们绘成图呈上，又请求访求真黍，以定黄钟。而刘几就沿用李照乐，加用四清声而上奏说乐已制成。诏令停止乐局，给以丰厚的赏赐。范镇说：“这是刘几的乐，与我没有什么关系。”到这时，范镇便请求太府给铜制造，一年后制成，比李照乐降一律有奇。神宗及太皇太后御驾延和殿，召令执政大臣一同阅看视察，赐诏嘉奖范镇。置放太常礼院，诏命三省、侍从、台阁官员，都前往参观。范镇当时患病，乐奏三天而去世，终年八十一岁。赠金紫光禄大夫，谥号为“忠文”。
范镇平生与司马光相得甚欢，意见如出一口，而且相约生前则互相写传，死后则撰墓铭。司马光生前写了《范镇传》，佩服范镇果敢断决；范镇又为司马光写墓志铭说“：熙宁时奸人朋党浸淫恣纵，邪恶不正，奸佞狡猾，幸赖神宗洞察其中。”言辞严厉峻刻。司马光之子司马康嘱托苏轼书写，苏轼说：“我不辞谢，但恐怕这不是我们三家的福运。”于是改书其他墓铭。
范镇清白坦荡，遇人必以诚相待，恭敬俭朴谨慎静默，不说他人的过错。面对国家大体，决断国家大义，心平气和而语言雄壮，常常打算随后而死，即使是在皇帝面前，也无可屈服。笃行大义，奏补子孙时先族人而后子孙，同乡人有不能够结婚、下葬的，就替他们主持。兄长范钅兹，死在陇城，没有子嗣，范镇听说他有遗腹子在外地，范镇当时没有做官，步行求访于两蜀之间，二年才找到，他说“：我的兄长不同于常人，身上有四个乳房，这个小孩也必然如此。”不久果真如此，小孩名叫百常。范镇从小随乡先生庞直温读书，直温的儿子庞日方死在京师，范镇让孙子娶庞日方之妇为妻，并抚养庞日方的妻子终身。
范镇的学问本于《六经》，不讲佛教、老子、申不害、韩非的学说。契丹、高丽都传诵他的文章。范镇小时候曾作《长啸》赋，退却胡骑，晚年出使辽国，人们互相注视说：这是“长啸公”。兄子范百禄也出使辽国，辽国人首先就问范镇是否平安。