据宣统三年（1911）《项城县志》记载：袁世廉少年时，胆识过人，以素有才干而享誉乡里。当地的土匪头子张天罕，横行乡里到处抢劫，官府对他无可奈何。有人查知了他的落脚处，可是害怕抓捕不住自己受害，不敢向官府举报。袁世廉得知后，挺身而出，带人抓获了张天罕，亲自绑送到县衙正法，全县人心大快。
但是，袁世廉没能走通科举升官之路，最初家里出钱给他捐了“理问”（布政使司直属官员之一，掌勘核
刑名），保知县候补，因为表现出色，得到上官“朴实耐劳”的奖励，又被保举为“知府道员”使用。
光绪十一年（1885），
袁世凯任“驻
朝鲜总理交涉通商事宜大臣”后，让袁世廉到朝鲜“阅时务，知交涉事宜。”
甲午战争后，他投效到聂军，总理芦防
营务处。庚子年
义和拳暴动时，母亲恰好在山东病危。他身着便衣，潜行到山东袁世凯的任所看望母亲，并留在那里帮助袁世凯设立山东的“减成捐局”，为袁世凯剿、抚义和拳筹集资金。母亲病故后，他被河南的督抚委任为军队的
翼长，正赶上祥符（开封）一带沙压荒地，地方官却要“升科起租”（开垦荒地，征收税租），灾民们一同起来抗拒，几乎酿成一场大变。袁世廉出面排解，取消“升科起租”，得到灾民感戴。
后来他被调到武昌，办理淮盐总局的
督销事务，不久又奉命出任
徐州府兵备道（整饬兵备的道员）。到任不久，因患
风痹病自请辞职养病，病休不久又被委任为大同盐局督销，病情已是越来越重。袁世凯派
袁克文接他到
安阳洹上村养病（正是袁世凯退隐洹上时期）。兄弟二人谈诗论文，蓑笠垂钓，生活倒也安逸。可惜他已病入膏肓，虽经袁世凯精心照料，还是死在了风痹病上。死的时候有两个儿子，尚年幼，被袁世凯收养。