庞学勤受到部队文艺宣传队的影响,从小就喜欢上了演戏。1945年,担任东坎青工剧团的团长,带领该团百余名成员,在县城附近百里方圆演出。
1947年,加入中国人民解放军,并在苏北军区文工团担任了团员。不久,跟随中国人民解放军南下,前往安徽,先后在淮北军区、皖北军区和安徽军区文工团工作。在此期间,参加了《白毛女》、《李闯王》、《王秀兰》等话剧的出演,并配合淮海战役,编演过小型歌剧、淮剧、快板剧和活报剧。1948年,加入中国共产党。
1950年,庞学勤被所在的部队保送到中央电影艺术研究所艺术系演员班(即北京电影学院表演系的前身)学习。1954年,从学校毕业后被分配到北京电影学院演员剧团。
1956年,担任长春电影制片厂的演员;同年,参演个人首部电影《边寨烽火》,在片中饰演边防军指导员。1958年,应朱文顺之邀出演反特片《古刹钟声》,在片中饰演深入虎穴侦察敌情的保卫部侦察员王科长;同年,与黄钟、史可夫联合主演剧情电影《心连心》;此外,还参演了由广布道尔基执导的剧情电影《东风》。
1959年,与王苏娅、林农共同主演剧情电影《战火中的青春》,在片中饰演鲁莽而率真的排长雷振林;同年,与叶子、张桂兰联合主演剧情电影《朝霞》,在片中饰演小学校长林征;此外,还与任颐、张园联袂主演了剧情电影《船厂追踪》。
1960年,出演由林农执导的战争电影《甲午风云》,在片中饰演有勇有谋的济远号水兵王国成;同年,出演由朱文顺执导的剧情电影《烽火列车》。1962年,庞学勤被中国文化部评为中国电影二十二大影星;同年,与任颐、李亚林联袂主演剧情电影《炉火正红》。
1964年,出演由王炎执导的剧情电影《独立大队》,在片中饰演圆滑、匪气十足的反派刁飞虎;同年,与陈汝彬、李默然联合主演战争电影《兵临城下》,在片中饰演打入敌人内部的地下党负责人李忠民;此外,还出演了剧情电影《南海的早晨》。1965年,与赵丹、于蓝联袂主演剧情电影《烈火中永生》,在片中饰演江姐的丈失彭松涛。
1971年,担任长春电影制片厂演员剧团的团长。1973年,担任长春电影制片厂的党委副书记;同年,开始担任长春电影制片厂的副厂长。1977年,担任长春电影制片厂的艺术副厂长、艺委会副主任。1984年,与李默然共同主演根据李国文小说改编的剧情电影《花园街五号》。1985年,担任珠海市文化局的局长。1986年,担任珠海市政协副主席。1989年,担任珠海市人民政府的顾问。1991年,在纪念珠海经济特区成立十周年之际,与寇振海合作主演了剧情电影《追赶太阳的人们》,在片中饰演全力扶持青年改革者的党委书记张南健。
2014年,庞学勤获得第23届中国金鸡百花电影节终身成就奖。2015年10月12日上午,庞学勤在珠海逝世,享年86岁。
