1902年(清光绪28年),入四川武备学堂,毕业后保送赴日本留学。1909年,毕业回国,任广西督练公所编译科长兼小学堂教习。1910年,返回四川,任四川督练公所军事科长,后升任编译局总办,教练处会办,陆军小学堂总办。
1911年11月,大汉四川军**成立,任军事部长。
1911年12月8日,成都发生兵变,军**都督蒲殿俊、副都督朱庆澜相继逃遁,成都城内一片混乱。尹昌衡急率部队连夜入城,平定了叛乱,遂被成都军政各界会议推为大汉四川军**都督。原川督赵尔丰交出四川**后,仍率部驻在成都并暗中进行复辟活动,威胁着四川军**,1911年12月22日凌晨,尹昌衡指挥所部擒获赵尔丰,并在皇城内召开公审大会,将其斩*示众。
1912年,成、渝两军**合并,成立四川都督府,尹昌衡任都督。同年7月,领兵西征,3个月平定康藏叛乱,改任川边经略使。后被袁世凯骗至北京,以“亏空公款”罪,处以9年徒刑。1916年袁世凯死后出狱,从此闲居。著有《止园文集》等。