龚廷贤受家庭影响，从小爱好医学，虽曾习举子业，屡试不中，转而随父学医，三年间尽得其要领，继承祖业，以“良医济世，功同良相”自励。日间从事诊治，余暇攻读医书。既博考历代医书，自《内经》以下，莫不穷源究委；又善于总结继承家传诊疗实践经验，并虚心向别人学习，遍访民间秘方、验方，迹遍两畿及燕、赵、梁、豫，博采众家之长，贯通医理。经过长年累月的刻苦钻研及临床实践，至成年后，无论内科、外科、妇科、儿科都已精熟，尤擅长于儿科。
他临床诊治尊古而不拘泥，深明五脏症结之源，决生死多奇中。有一段时间，他在河南黄河流域行医。时值开封一带疫病流行（1586～1588年间），街头巷尾都有病人，症状为头疼身痛，憎寒壮热，头面颈项赤肿，咽喉肿痛，神智昏迷，俗名“大头瘟”。时医只知按古法医治，无效。龚廷贤根据病情，独具匠心，以自己的见解，开上二圣救苦丸（牙皂、大黄）药方，其效甚佳，医好很多垂危病人，名噪中原，被尚书荐为太医院吏目。
万历二十一年（1593），鲁王妃患膨胀病，腹大如鼓，左肋积块刺痛，坐卧不宁。经太医多方治疗，均不见效，生命垂危。召龚廷贤诊治，经诊脉开方，对症下药，终获痊愈。鲁王大喜，称之为国手，以千金酬谢，龚廷贤不受，乃命刻其所著《禁方》（即《鲁府禁方》）一书，又画其像以礼待之。皇帝特赐双龙“医林状元”匾额一块。
龚廷贤习医期间，即以幼时读张子西之旬——“天下疲癃残疾，皆吾兄弟”、韩子原之语——“为之医药，以济其夭死”为毕生座右铭。他一生著述极丰，先后完成了《济世全书》8卷、《云林神彀》4卷、《万病回春》8卷、《寿世保元》10卷、《种杏仙方》4卷、《鲁府禁方》4卷、《医学入门万病衡要》6卷、《小儿推拿秘旨》3卷、《眼方外科神验全书》6卷、《本草炮制药性赋定衡》13卷，此外还有《秘授眼科百科全书》、《痘疹辨疑全录》等。其中《小儿推拿秘旨》是我国医学史上最早的一部儿科推拿专著。 《万病回春》和《寿世保元》两书流传最广，它从理论上分析病理、症状和治法，并附有方剂，还有400味药性歌诀。其弟廷器，子守国、守宁，侄懋官皆以医知名，门生吴济民，亦得其传。