Bùi Liêm sinh năm 1881, người làng Giáp Nhị, xã Thịnh Liệt, huyện Thanh Trì, Hà Nội. Sinh ra trong một gia đình có truyền thống khoa bảng, song ông dự một khoa thi Hương nhưng không đỗ. Họ hàng có nhiều người làm quan, đưa ông vào học ở trường Hậu bổ, nhưng ông từ chối, liên lạc với các nhà nho yêu nước tìm đường cứu nước. Ông kết bạn với Phan Tuấn Phong ở làng Đông Ngạc, huyện Từ Liêm.

Năm 1907, Phan Tuấn Phong giới thiệu Bùi Liêm tham gia Đông Kinh nghĩa thục. Bùi Liêm nhận thấy Thái Bình là nơi có phong trào Văn thân chống Pháp từ cuối thế kỷ XIX, phong trào Đông du, phong trào Đông Kinh nghĩa thục phát triển, nơi có nhiều trường học dạy theo chương trình của trường Đông Kinh nghĩa thục, nên liền về huyện Thụy Anh, tỉnh Thái Bình mở một cửa hàng Tạp hóa vừa để kinh doanh sinh sống, vừa là nơi liên lạc với các nhà nho yêu nước ở Thái Bình, Nam Định, vừa lấy tiền ủng hộ những người xuất dương Đông du. Sau khi Đông Kinh nghĩa thục bị đóng cửa, Bùi Liêm tham gia phong trào Đông du của Phan Bội Châu.

Giữa năm 1912, nghe tin Việt Nam Quang Phục hội thành lập, Bùi Liêm cùng Đinh Trọng Liên, Nguyễn Quang Uyên (tức Hồ Hải Thu)… trốn sang Trung Quốc tham gia

Năm 1913, Trung ương Quang Phục Hội cử Nguyễn Trọng Thường, Nguyễn Hải Thần, Nguyễn Khắc Cần, Phạm Văn Tráng về nước ám sát Toàn quyền Albert Sarraut, Hoàng Trọng Phu, Nguyễn Duy Hàn không đạt kết quả mĩ mãn. Năm 1915 Quang Phục Hội lại cử Hoàng Trọng Mậu (Nguyễn Đức Công), Nguyễn Hải Thần, Trần Hữu Lực (Nguyễn Thúc Đường)… về đánh đồn Tả Lùng. Vì sai lầm của Nguyễn Hải Thần trận đánh thất bại, Trần Hữu Lực bị bắt ở Hương Cảng, Hoàng Trọng Mậu bị bắt ở Băng Cốc, rồi hai ông bị xử bắn ở Bạch Mai.

Sau một số lần thất bại, năm 1916 Việt Nam Quang Phục hội lại cử Bùi Liêm và một số đồng chí về nước gây dựng phong trào, nhưng trên đường về nước Bùi Liêm tới Quảng Châu thì bị mật thám bắt giải về nước.

Tại Tòa án Đại hình ngày 6 tháng 11 năm 1916, Bùi Liêm bị giặc Pháp xử bắn tại thành phố Nam Định – là nơi ông tham gia hoạt động.

Trước khi chết ông có thư tạ tội cùng bố, vì đã không giữ trọn đạo hiếu phụng dưỡng cha già. Trong thư có hai câu nói lên chí hướng của mình:

“Sinh bất tiêm cừu chung hữu hậu

Tử nhu đắc sở thị hoàn danh”

Dịch:

Sống chẳng diệt thù ôm hận mãi

Chết mà đúng chỗ ấy danh thơm.