陕西绥德人，明末清初武将。

累官临洮总兵，挂征西将军印。

崇祯十五年（1642年）二月，牛成虎与总兵贺人龙、郑嘉栋、张国钦、张应贵等从陕西三边总督汪乔年统兵三万出潼关讨农民起义军。

先是，临颍为起义军守卫，左良玉部官军攻破城而屠掠之，尽获起义军所掳物资。李自成闻之怒，舍弃攻打开封而攻左良玉，左良玉退保郾城，义军围攻急。

陕西官军进抵洛阳，得知李自成、罗汝才部义军正把左良玉部官军包围在郾城。汪乔年认为这是同左良玉会师合击义军的大好时机，就把步卒、火器留在洛阳，领二万骑兵兼程前进。陕西官军抵达襄城，汪乔年令贺人龙、郑嘉栋、牛成虎各领所部，分三路进至襄城以东四十里，同被困郾城中的左良玉部遥为声援。自己则率领总兵张应贵部四、五千人入屯襄城。李自成等侦知汪乔年的军队已经到达襄城，立即撤出包围郾城的部队，西向迎击来援的陕西官军。

二月十三日，起义军于襄城东面初战告捷，张国钦战死，贺人龙、郑嘉栋、牛成虎皆不战而逃，迳自奔回陕西。而左良玉在解围后不仅没有西向夹击起义军，反乘机率部众向东溜走，总督汪乔年遂成了光杆司令。义军再次进攻襄城，到十七日攻克，张应贵中炮死，汪乔年被俘后遭杀。

明朝廷闻汪乔年败殁，便以孙传庭为陕西三边总督。

九月，孙传庭以总兵高杰为中军，另调总兵左勷、白广恩、郑嘉栋、牛成虎等部大举出潼关援开封。途中得到开封已经陷没的消息，就领兵向南阳进发，李自成和罗汝才带着义军西向迎击。孙传庭设三伏以待义军，牛成虎将前军，左勷将左，郑嘉栋将右，高杰将中军。命郑嘉栋、高杰、左勷等部设下埋伏，由牛成虎领兵出战诱敌。

十月初一日，两军在郏县地区大战。兵刃既接，牛成虎部伪装战败向后撤退。李自成部义军中计追入伏中，官军伏兵尽起，牛成虎部也回头死斗，高杰、董学礼突起翼之，左勷、郑嘉栋左右横击之。义军大败，向东撤走。官军紧追，追三十里，至郏县之冢头，起义军丢下的甲仗物资很多，官军纷纷争着抢东西。罗汝才部义军当时驻扎在香山，见李自成部失利，官军争夺财物乱成一团，就抓住战机出击。官兵措手不及，左勷、萧慎鼎部首先溃败，其他各部官军也立脚不住跟着逃窜。义军转败为胜，孙传庭收拾败军退入潼关。此次战役，天降大雨，粮食不至，官军士卒采青柿以为食，冻且馁，故大败。次战役便是「柿园之役」也。

崇祯十六年（1643年）五月，明朝廷催促孙传庭东出潼关攻打河南起义军。八月初一日，以牛成虎、卢光祖将前锋，高杰将中军，王定、官抚民将延绥、宁夏兵为后劲，白广恩统火车营，各部共十万人马出潼关再讨农民起义军。

九月，师溃郏县，牛成虎等人随孙传庭归陕西。

同年十月，李自成克潼关。十一日，克西安，分兵攻打陕西各邑，连战连捷。陕西大部明军纷纷投降，牛成虎亦降。授制将军、宁夏总兵。

永昌元年（1644年）正月，封伯。（《甲申传信录》卷六，说李自成封明朝投降总兵牛成虎为伯，伯的封号尚有待于查考。——顾诚著《明末农民战争史》。）

尔后，李自成兵入北京，继败于清，原明朝降臣、降将纷纷叛顺投清。在怀庆降清的顺将董学礼暗中致招降书信于大顺宁夏节度使陈之龙，约为内应，但书信被牛成虎截获，交与李自成，并处死董学礼一门亲眷。陈之龙则隐而不发。

二年（1645年）正月，清军攻陕西，清英亲王阿济格以大顺降将康元勋为使往宁夏招降，牛成虎杀之。

二月，清兵至宁夏，陈之龙拉拢一部分军队，胁以兵威，并倡率大小文武军民，望风投诚，迫使牛成虎一道投降了清朝。

同年（顺治二年、1645年）三月，随征四川。师还入京。

五年（1648年）八月，授世职骑都尉（满文：拜他喇布勒哈番）。

约十三年（1656年）卒。同年，子牛一麒袭爵。

郑达著《野史无文》“群贼名目”条记载有：一秤金（绰号）牛成虎（本名）。不知是否是同一人。

子：牛一麒