嘉庆十七年，生于河南温县大玉兰村一户读书农家，行二。六岁起，祖父即口授四书并诗书、经史、古文，日夜讲授累年。道光五年，邑试冠军，六年入郡庠，祖父母、父先后弃养，无力营葬，权厝在家。道光十四年，科试一等第一名，食饩。道光十七年丁酉拔贡，十八年廷试一等第一名，引见以七品小京官用，签分兵部车驾司行走，兼汉本房武选司行走。
道光二十三年，记名军机章京，俗称“小军机”，即通过军机大臣的严格选拔，挑选品学兼优、勤谨缜密、字体恭楷者，奉旨遇缺既补，即为“记名”。二十六年，段晴川以兵部额外主事入值内廷，补军机章京，充方略馆协修，先后办理西路回疆军务、粤匪军务。
咸丰二年，以枢值劳绩补兵部武选司主事，三年，题升兵部职方司员外郎，充方略馆纂修，保军务劳绩随带加二级，记录二次，记名御史。五月，粤匪自巩县渡河，温县失守，怀郡被围，告假开缺回籍省亲。咸丰五年正月初十日，补兵部武选司员外郎，奉旨军机处额外行走，旋改浙江道监察御史，时太平军再克武昌，段晴川上疏陈奏围剿之策，兼保周汝筠可胜此任，得旨允行。又捻匪张乐刑等深入河南境内，肆意骚扰掠夺，疏劾专办此股之统兵提督武隆额，兼保徐宗干，特旨徐宗干驰驿河南办理捻匪。
咸丰六年，奉命抽查漕粮，谢恩蒙召见，训示周详，旋掌山西道监察御史，兼署京畿道。七年，转京畿道监察御史，切陈金陵大营将帅不和情形，疏劾钦差大臣提督和春忌刻迁延，留中，仍升工科给事中，稽查太平仓事务，旋擢内阁侍读学士。时英法联军犯天津，要求开放口岸、鸦片贸易合法化、在京设立商业常设机构，满清朝廷立即就外国在京设立大使馆展开了激烈争辩。段晴川以京师乃根本重地，非经商之地，不宜令外人久驻，恐生他变，他和一大批官员纷纷上疏，坚决反对让外国公使驻节京城。段晴川谏止准夷进京一疏说：“若外国使节久驻京师，则凡有举动，纤细毕知，既速且详，动为所制。”“卧榻之侧，不容他人酣睡，况辇毂之下，岂可容豺狼群聚，能保其无意外之变乎？”除上疏反对外国公使进驻北京外，段晴川还祈求皇帝严责驻津大臣力拒侵略，以杜大患。朝廷接到上疏后，拒绝了英法联军的要求。
咸丰十年冬，段晴川以家慈年逾八旬，告终养回籍，朝廷不允，旋奉旨帮办联捷防河事务。十一年，时联捷仍驻直隶大名，主下游；段晴川驻河南武陟，主上游。防局草创，诸事艰辛，凡筹饷、募勇、制械、设棚卡各事，皆段晴川一人任之。时家慈患病在床，呕血不止，双目昏耗，不辨黑白，而逆捻屡扰河干，上下千里，防不胜防。段晴川昼夜筹防，目不交睫者累月，幸得化险为夷。段晴川偶过家门时一省视，家慈即促其行，不令久滞，恐误军务。常谕之曰：“方今国计艰难，汝受恩深重，当竭力保卫河朔，兼护桑梓，勿以吾老为念”。河南巡抚严树森与联捷为争饷积怨已深，互参不解，军机处密谕前任内阁侍读学士段晴川：“联捷与严树森互相纠摘，叠经谕令各有责成，严树森前亦有严旨申饬。乃本日联捷奏片所陈，哓哓不已，并未与该学士会衔，是否未经知会？抑或别有意见？不与会衔。段晴川于联捷、严树森不和之处，孰是孰非，知之必悉，著即据实具奏。河北团练，严树森何以欲撤，有无其事，一并查明覆奏。联捷、严树森互参各摺，并本日联捷两片，均著钞给阅看“。段晴川均据实覆奏，以二人皆属因公，并无夙怨，惟各执己见，不能和衷共济，彼此实无一事，请旨严行申饬，此事随解，二人亦得两全。段晴川与联捷共事年馀，每事独任其劳，不居其功，又不与争分际，故始终相安无事。直至联捷遭严谴降补，饬令回京，段晴川为其送行，联捷握着段晴川手，后悔不已，泪涕而别，始知段晴川品格之高尚，非常人能及。
同治元年正月，段晴川考虑到大营勇粮告溃，且已积欠多日，以后拨饷断不可指，万难接办防务。遂缮折实陈，即请将各勇遣归原伍，以节无益之费；更请另简大员替办军务，因母老患病，未能远离，剀切陈情，均得旨允准。是年底，适逢家慈弃养，段晴川丁忧奔母丧，遂不复出。
同治二年起，段晴川闲居家乡三十余年，从不过问政事，不参与刑讼案件，任积谷首事，襄办怀郡赈事，事竣请奖不受。潜心于教书育人，醉心于书法艺术及书画碑帖鉴赏事业，先后主讲覃怀书院、安昌书院。光绪十年，应河北道许振袆（字仙屏）观察之聘，任瞻韩书院首任主讲，并代课安昌书院，直至光绪十七年，耄耋之年，体弱患病，不得已两次坚辞次年之聘。
光绪十九年，段晴川病故，享寿八十又二岁。
主要著作《八砖斋京外奏稿》、《八砖斋诗草初集》、《八砖斋诗草续集》、《八砖斋翰墨》、《书鹄》、《防河纪略》、《自订年谱》等。
人物评价中国嘉德2015春拍董其昌行书册页《米公传》
段晴川善诗工书，是清代著名的书法家，他的字体行草兼备，俊逸潇洒，在目前书画古玩市场颇受追捧。段晴川晚年将其在各地做官所搜集的碑帖、名人真迹悉心把玩，加以题跋，遂成清代著名书画鉴赏家。现在香港、北京、上海、郑州等地拍卖会上，常见有段晴川题跋的作品，身价也随之上涨。河南博物院藏王铎草书手卷《秋日西山上》
在新华书店处理的古旧图书中，一位藏友淘到了清末著名书画 鉴赏家段晴川为自己的孩子留下的一本字帖――《八砖斋翰墨》古文抄，《八砖斋翰墨》以行书为主，间参草书，虽二体并用，但上下照应，左右顾盼，配合默契，浑然天成，并印有“锄经堂”、“段氏春湖”朱文印。晚年闲来无事的段晴川，专门花费3年时间抄写历代古文30篇，取名为《八砖斋翰墨》古文抄，印上“子孙保之”的朱文印，留给子孙当字帖。他选择的古文包括前后出师表、桃花源记、前后赤壁赋、岳阳楼记等，即使现代人也大都耳熟能详。
故宫博物院藏册页《明搨稧帖五种》
从《八砖斋翰墨》第一本开头序言内容可知，段晴川认为书法以“圆劲”二字为上，从儿时就开始练字到71岁高龄，段晴川谦虚地认为自己尚未得“圆劲”二字之万一。他前后花了大约3年的时间来抄写这30篇古文，但翻阅这12本《八砖斋翰墨》，给人的感觉却是一气呵成。在后面的跋中，段晴川说他的女婿帮忙把这些古文抄装裱成册。
作品欣赏焦作市博物馆收藏有段晴川书法四条屏，释文：余在广陵，与晁无咎、昙秀道人同舟送客山光寺，客去，余醉卧舟中，昙秀作诗云：“扁舟乘兴到山光，古寺临流胜气藏；惭愧南风知我意，吹将草木作天香。”余和云：“闲里清游借隙光，醉时真境发天藏；梦回拾得吹来句，十里南风草木香。”余昔对欧阳文忠公诵文与可诗云：“美人却扇坐，羞落床下花。”公云：“此非与可诗，世间原有此句，可拾得耳。”后三年，秀来惠州，余偶记此事。
款识：其相世讲属正，春湖段晴川。
钤印：段晴川印（朱文）、春湖翰墨（白文）
四条幅字体以行书为主，间参草书。虽二体并用，但上下照应，左右顾盼，配合默契，浑然天成，笔法飘逸，妩媚动人，显示了段晴川深厚的书法功底，经文物专家鉴定为国家级珍贵文物。
北京长风2011秋拍行书册页《前后赤壁赋》
焦作博物馆藏段晴川书四条屏
轶事典故关于“八砖斋”这个名字，经查考资料，原来取自唐代的一个历史典故。唐人李程赋性疏懒，生活散漫，德宗时任翰林学士。时值冬季，学士入院值班以看日影为准。当日光将照及厅前五砖时，众学士都到齐了，唯独李程总是要等日光过了八砖才到位，于是人们戏称他为“八砖学士”。但是这个老是迟到的人却受到皇帝器重，被认为有从容不迫的风度，后来官至宰相。段晴川大概取“八砖学士”散淡自在、从容不迫的含义，以“八砖斋”来命名其书斋和作品集。
艺术成就《中州先哲传·名臣》有传。
段晴川在《书鹄》自序略曰：“乞养归田，始乘闲复理旧业，并将历年京居所收名碑巨迹悉心体玩，间亦得其大旨，即笔之于册，亦深者见深，浅者见浅之义也。松雪云：结体因时不同，用笔千古不易。不易者，正法也。惟其为正法，所以历千古而不易也。予老矣，自恨腕指力弱，不能追步古人，然与各家门径及用功节次不无揣摩，稍有所得，觉此道无近功，亦无歧路，因汇各册为一编，题曰《书鹄》，言书之有法如射之有鹄也。”
