Cụ Tôn Quang Phiệt là một trí thức được đào tạo kỹ về Hán học và Tây học. Sáu tuổi đã học chữ Hán với cha, 15 tuổi đã vào Trường Đốc học Vinh. Năm 1916, ông thi Hương. Sau vào học Trường Quốc Học Vinh, người Pháp làm hiệu trưởng; có các thầy người Việt Nam như Nguyễn Bá Luân (con rể vua Thành Thái), Lê Thước (giải nguyên Hán học) dạy. Bạn đồng môn với ông ở trường toàn người nổi tiếng, như: Đặng Thai Mai, Nguyễn Sỹ Sách, Phạm Thiều, Lê Xuân Phương, Phan Trọng Bình, Ngô Đức Trì, Nguyễn Xiển...
Năm 1924, ông nhận bằng thành chung Pháp rồi chuyển ra Hà Nội học trường danh giá nhất Đông Dương thời đó là Trường cao đẳng Sư phạm Hà Nội. Ba lần bị Pháp bắt và đi tù, nhưng ông vẫn sắt son với đất nước, dân tộc, với cách mạng. Sau Cách mạng Tháng 8, ông làm Chủ tịch Ủy ban nhân dân cách mạng và Ủy ban kháng chiến đầu tiên của tỉnh Thừa Thiên. Năm 1948, Hồ Chủ tịch chỉ định ông làm Chủ tịch Ủy ban Hành chính kháng chiến Thanh Hóa. Năm 1946, ông trở thành Đại biểu Quốc hội khóa I và tham gia vào Uỷ ban dự thảo Hiến pháp Việt Nam năm 1946. Ông là Đại biểu Quốc hội khóa I đến IV đã từng đảm nhận nhiều chức vụ quan trọng trong Quốc hội, như Phó Trưởng ban Thường trực Quốc hội khóa I, Uỷ viên Uỷ ban Thường vụ Quốc hội và Tổng Thư ký Uỷ ban Thường vụ Quốc hội khóa III, IV. Ông còn là Chủ tịch Uỷ ban đoàn kết Nhân dân Á - Phi, Uỷ viên Ban Chấp hành Trung ương Hội hữu nghị Việt - Xô...
Dù bận nhiều công việc của một lãnh đạo, ông vẫn là một trí thức có nhiều công trình nghiên cứu về lịch sử và sáng tác văn học và dịch thuật không thua kém ai. Ông dịch Phan Bội Châu niên biểu, thơ phú, câu đối của Phan Bội Châu, Việt Nam nghĩa liệt sử của Đăng Đoàn Bằng, dịch thơ Tô Đông Pha… Ông nghiên cứu, sáng tác cho đến những ngày cuối đời (1973).