1926年7月，国民党湖南省党部保送段梦晖去广州黄埔军校第六期学习。 1931年8月，段梦晖被指控为“共暴”罪在南京市遭逮捕。 1948年，段梦晖主动找到中共地下党湖南省工委书记周礼，要求派中共党员去《中央日报》社当总编辑。

他7岁开始在家乡读私塾；1922年在岳麓区学校补习，后考入高等工业学校附中；1923年转入湖南一师读书，1925年选为湖南一师学生会工运部部长。经城步旅长沙市学生推举，他主编过12期《城步旬刊》，公开反对湖南省省长赵司惕，宣传打倒帝国主义，迎接国民革命。是年，加入中国国民党，随后又加入中国共产党。

1926年7月，国民党湖南省党部保送段梦晖去广州黄埔军校第六期学习。蒋介石发动“四·一二”反革命政变后，国民党以“共暴”罪下令逮捕段梦晖。段梦晖逃出广州市回到城步参加农民运动。1928年4月，由于土豪劣绅告密，段梦晖又遭到国民党反动当局通缉，逃往南京市后，先在南京国府警卫团担任誊写员，12月在《新京日报》任助理编辑，后担任总编辑。1931年8月，段梦晖被指控为“共暴”罪在南京遭逮捕。11月经中国国民党资深人士李济深保释出狱，仍侨《新京日报》总编辑。

1937年8月，段梦晖负责主持国民党《中央日报》社工作，以笔为武器宣传抗日，揭露日本帝国主义的侵华罪行，讴颂为民族生存而战的爱国军民。抗战胜利后，《中央日报》社迁往长沙市，他在长沙主办《中央日报》的同时，还在邵阳市创办了《昭报》。1948年，段梦晖主动找到中共地下党湖南省工委书记周礼，要求派中共党员去《中央日报》社当总编辑。1949年3月，经省工委同意，段梦晖专程到东安县劝中国国民党元老唐生智出面去长沙做程潜的工作，并发起组织湖南人民自救会，反对桂系把湖南拖进战争深渊，为湖南的和平解放发挥了积极作用。

解放后，段梦晖先后出任湖南省军政委员会秘书长、中南军政委员会新闻出版局新闻处长、湖北省文化局副局长、民革中央团结委员会委员等职。1981年5月29日，段梦晖在湖北武汉逝世，享年74岁。