从小生长在四川成都的廖学秋三四岁时就失去了双亲,从未感受过家的温暖。只身一人在外闯荡,母亲年轻时曾是北影厂的演员,也许是遗传了母亲的基因,廖学秋自幼就喜爱表演,但她并没有接受过专业的训练。并不是科班出身的她凭着对艺术执着的追求,通过收看国内外的大量影片和书籍,仔细揣摩,用自己的本色去贴近人物的本色,用心去体会。最终,她成为了峨嵋电影制片厂的一名专业电影演员。1980年,她从成都川剧院借调到上海电影制片厂。
廖学秋1980年,在导演张子恩执导的《丫鸭情话》里饰演小寡妇。1981年,与赵静,许忠全共同主演描写北京郊区一个公社在粉碎“四人帮”以后的电影《车水马龙》,饰菜花。1982年,与章杰,陶白莉共同出演电影《在这块土地上》。1983年,与韩桂菊,姬晨牧出演家庭情感剧《小城细雨》,饰沈湘。1984年,与张金玲,徐敏出演故事片《经理室的空座位》,饰俞淑芳。1985年,与臧金生,董霖共同出演悬疑电影《淘金王》,饰金草；同年,与叶尔肯,杨兴忆共同主演恐怖片《深谷尸变》,饰肖丽丽。1986年,参与李新执导的战争故事片《十五的月亮》,饰莉莉；同年,与王志华,吴竞在警匪悬疑电影《拦灵车的人》,饰刘娜。1987年,在东涛执导的悬疑电影《黄色别墅》中饰于萍。1988年,出演韩三片执导的电影《避难》,饰胡翠华。1990年,出演系列广播剧《刑警803》；同年,与邓萃雯,黄衍蒙主演古装武侠剧《蛊咒传奇》。1992年,出演历史人物传记电影《杨贵妃》,饰杨玉瑶。1994年,主演描写三十年代军阀混战,民族危机之时妇女命运的作品《青楼鸳梦》,饰洋金花。1995年,与李鸣共同主演反腐励志剧《苍天在上》,饰田曼芳。老相片1996年,在以清末北京和京东八县为背景的《御花子》中饰白莲蓬。1997年,与张立,刘长纯共同主演爱情抗日动作剧《燕子李三》,饰绿牡丹；同年,与刘晓庆,伍卫国共同主演民国爱情剧《逃之恋》,饰花元春。2002年,在电视剧《省委书记》中,饰演夏慧平。2003年11月,与傅艺伟共同主演家庭伦理剧《有泪悄悄流》,饰母亲梅子。2006年9月,参与罗雷执导的“成都三部剧”中的《成都往事》,饰商人钟一兮。2007年7月,与陈冲共同出演,姬诚执导的电影《十七》,饰胡寡妇。2009年2月,在庞好执导的国庆献礼剧《决战黎明》中饰许宛平。2010年10月,参与由陈思成执导和编剧并主演的都市爱情剧《北京爱情故事》的拍摄,饰沈冰母。2011年2月,在潘文杰执导的翻拍自电影的作品《理发师》,饰姑妈；3月,参与由同名小说改编,甘露指导的电视剧《一触即发》的拍摄,饰演了男一号的姐姐杨慕莲；7月,主演真实故事所拍摄的电影《同路人》,饰王总；10月,与陈思诚共同主演讲述两代人爱情观,婚恋观,生育观的家庭伦理剧《宝贝计划》,饰宽容善良的母亲。2012年2月,在董洁,邓超主演的都市情感剧《相爱十年》,饰韩灵妈；4月,在张汉杰执导的作家石钟山担任编剧的抗战题材剧《石光荣的战火青春》,廖学秋出演沈少夫的母亲；6月,搭档桑叶红主演反腐题材影片《人生不能重来》,饰王正梅；7月,出演电影版《秘密花园》,饰金朱源母亲；9月,与果靖霖共同主演都市时尚情感剧《一半花落一半花开》,饰天域集团董事长汪琴。2013年3月,与聂远共同主演了都市情感轻喜剧《负二代的幸福生活》,廖学秋饰演万莫奇的母亲杜秋兰；7月,受邀参加BTV财经频道财金益智类节目《财高八斗》；9月,受邀参加深圳卫视人际关系互动访谈节目《夜问》；11月,拍摄文学家李劼人长篇小说改编的作品《大波》,饰演王婉中的母亲；12月,受邀参加深圳卫视全明星代际互动综艺节目《年代秀》。2014年4月,应邀做客朱军主持的访谈类节目《艺术人生》。2021年1月27日,出演的广西首部长寿文化题材电影《爱+100年》在央视6套电影频道上映；3月23日,参演电视剧《海洋之城》播出；4月1日,参演的都市情感剧《亲情的秘密》播出,饰演韩明珠。2023年5月14日,出演的电影《生命的感叹号》在贵阳首映。
廖学秋是川剧表演艺术家廖静秋之女。