慕容白曜，是慕容元真的玄孫。父親慕容琚，歷任官職都以廉潔清白著稱，朝廷賜給爵位為高都侯。慕容琚卒於冠軍將軍、尚書左丞任上，朝廷追贈為安南將軍、并州刺史、高都公，謚號為簡。慕容白曜年輕時曾任中書吏，由於性情敦厚正直而在東宮供職。高宗即位以後，授予他北部下大夫之職。慕容白曜襲承父親的爵位，遷任北部尚書。他在職位上，執法甚嚴無所偏袒，高宗對他十分寵愛。高宗駕崩之後，慕容白曜與乙諢共同輔佐朝廷政務，遷任尚書右僕射，晉爵為南鄉公，加授安南將軍。
劉..的徐州刺史薛安都、兗州刺史畢眾敬同時以州城歸附於朝廷，皇帝令鎮南大將軍尉元、鎮東將軍孔伯恭率領軍隊前往接應他們。但劉..的東平太守申纂屯軍於無鹽，并州刺史房崇吉屯軍於升城，阻攔朝廷使者。皇興初年(467)，朝廷加授慕容白曜為使持節、都督諸軍事、征南大將軍、上黨公，屯軍於石高石敖，作為各路軍隊的後繼。慕容白曜率軍在無鹽城攻擊申纂，佔領了東邊的外城。當天夜晚申纂逃遁，慕容白曜派兵追擊抓獲了他，並俘獲了城中男女數千口。早先，劉..的青州刺史沈文秀、冀州刺史崔道固同時派使者表示歸附朝廷，不久劉..派人對他們進行招安撫慰，他們又歸順劉..。慕容白曜攻克無鹽後，回軍攻打升城。肥城戍主聽說魏軍到來，棄城逃走，魏軍繳獲城中糧食三十萬斛。慕容白曜到達升城之後，垣苗、麋溝二戍敵軍拒守不降。慕容白曜用一千多騎兵襲擊麋溝，麋溝守敵潰敗，跳入濟水而死的有千餘人。接著攻擊垣苗，又攻破該戍，繳獲糧食十餘萬斛，從此魏軍軍糧十分充足。先前，淮陽公皮豹子等人一再進攻垣苗未能取勝，而慕容白曜卻在一旬之內，連續攻佔四城，軍威震懾齊地。顯祖對他十分讚賞，下達詔書說：「你總領大軍，討除不肯降服之敵，矛戈所向，無不摧靡，旬日之內，連拔四城，韓信白起之功，怎能有過於此？雖然升城戍將房崇吉死守不降，但其危亡已定，潰在旦夕。應當盡力推崇威略，務必保存我軍實力，不要窮兵極武，以使將士勞頓。況且討伐罪人憐憫百姓，是國家的律令法典，應當以恩德進行招撫，以使重生的恩澤，加之於百姓。」升城不肯投降，慕容白曜非常氣憤，於是縱兵登城，殺死敵軍數百人，房崇吉連夜逃遁。慕容白曜撫慰城中百姓，一個也不殺戮，百姓都很感激。俘獲了房崇吉的母親和妻子，慕容白曜對她們也以禮相待。
劉..派他的部將吳喜公率領數萬人馬，想要侵犯彭城。鎮南大將軍尉元上表請求增兵。顯祖令慕容白曜率軍前往。他到達瑕丘時，身患疾病。當時泗水忽然枯竭，船隻不能前進。吳喜公只得退走，慕容白曜因而滯留在瑕丘。正好房崇吉與他的堂弟房法壽竊據劉..所屬的盤陽城，用來贖回他的母親和妻子。慕容白曜從瑕丘派將軍長孫觀等人率騎兵入馬耳關前往接應他們。長孫觀到達盤陽，各縣全部歸降。
平東將軍長孫陵、寧東將軍尉眷率軍東討青州，慕容白曜率軍從瑕丘進攻歷城。慕容白曜給敵將寫了一封信明申大義說：「上天拋棄劉..，禍難滋生發展，骨肉兄弟，自相誅戮，君臣上下，不再有綱紀。徐州刺史薛安都、豫州刺史常珍奇、兗州刺史畢眾敬等人深察存亡之勢，幡然歸附仁義。所以朝廷接納其誠心，委任以南邊的重任。這都是眼前之所見，東西所俱聞的事。無鹽戍主申纂竟敢放縱奸邪，劫奪朝廷使者，官軍剛一來到，立刻束手就擒。房崇吉固守升城，不久也就潰散。從襄陽以東，至於淮海，莫不望風披靡，服從正化。原說東陽、歷城的有識之士，上思薛安都等人的榮顯，下念申纂之滅亡，能夠追悔前罪，幡然悔悟。但他們執守愚迷，不能改過自新。本人統領大軍，掃定北方。渡過黃河方知十二之虛說，來到齊境則想一變之清風，踟躕四望，依舊何其遙遠。故此事先投以書信，曉諭成敗得失。見機而動，是《周易》中所稱；去危就安，乃人情常理。倘若認為細小草介是高大，不思改悔是美德，那麼微子就會受到時人的憎惡，紀季就會受到世人的譏諷。我大魏功德累世，仁德無邊，軍威所向，無不披靡。當然不是三吳弱兵所能抗拒的。況且事到如今，已成土崩瓦解之勢。劉..的威勢不能控制秣陵城，政令不能傳達到在外的將領，又怎麼能夠浮江越海，赴危救急。依靠他來救援，何異於馬蹄印積水中的魚，想要到江海中去。蝮蛇螫手就砍斷手，螫足就砍斷足，實在是忍受肌體之痛以救性命。如若遵奉道義而行動，並無割身之痛，而且可以保家寧宗，長守安樂。這是明智之人所應當深思熟慮的自求多福之舉。」
崔道固固守不降，慕容白曜構築很長的土圍子用來攻城。長孫陵等人率軍到達青州之後，沈文秀派使者前來請求投降。魏軍進入西邊外城，士兵頗有搶掠的行為，沈文秀因此而反悔，於是固城拒守。皇興二年(468)，崔道固和兗州刺史、梁鄒守將劉休賓一起自縛前來歸降。慕容白曜都親釋其縛而待之以禮。慕容白曜把崔道固、劉休賓以及他們的僚屬都送到京師。後來就把這兩城有民望的人遷徙到下館，朝廷設置平齊郡，讓他們居住在懷寧、歸安兩縣。其餘的人全都作為奴婢，分別賜給朝中百官。慕容白曜雖然是軍旅中的人，但他接人待物，都能做到寬和有禮。魏軍俘獲房崇吉的母親和妻子、申纂的妻子女兒，他都把她們安置在另外的軍營中，不讓士卒去騷擾。
慕容白曜於是進討東陽。這一年冬，進入其西邊外城。皇興三年春，攻克東陽，生擒沈文秀。總共繳獲粟八十五萬斛，米三千斛，弓九千張，箭十八萬八千支，刀二萬二千四百把，甲冑各三千三百件，銅五千斤，錢十五萬；俘獲城內民戶八千六百戶，四萬一千人，吳蠻戶三百餘。前後共歷三年，築圍攻擊，日日交兵，雖士卒多有死傷，但並沒有多少人埋怨叛逃。慕容日曜派人督催當地人的租稅，用來作為軍費，不至於侵擾百姓。於是三齊之地欣然，人民安居樂業。攻佔東陽城的那一天，由於沈文秀態度傲慢，拒不對他跪拜，慕容白曜氣憤萬分而對他加以鞭撻，惟因此受到人們譏刺。慕容白曜憑軍功被授予使持節、都督青齊東徐州諸軍事、開府儀同三司、青州刺史、濟南王，將軍稱號照舊。
皇興四年(470)冬，慕容白曜被殺。起初乙渾在朝廷專權，慕容白曜對他頗有奉承趨附，據此來追究成為他的罪責。及至慕容白曜行將受誅的時候，又說他圖謀反叛朝廷，當時的輿論都認為他受到冤屈。
慕容白曜的幼子慕容真安，當時才只十一歲，聽說父親被逮捕，打算自殺。家中的人勸止他，說：「你父親的罪到底是輕是重還未可知。」慕容真安說：「父王位高功重，如果只是犯了小罪，終究不至於此。我怎麼忍心看到父親之死。」於是自縊身亡。
慕容白曜之弟慕容如意，也曾跟從慕容白曜討伐平定歷下，他與慕容白曜同時被誅。
太和年間，著作佐郎成淹向朝廷上表，為慕容白曜申辯說：
「臣聞經略疆土開拓天下，實在是良將之功；褒獎仁德酬報功勳，則是聖王之務。昔日姜太公持仗斧鋮，開創盛周之基；韓生秉持旌旄，振興鴻漢之業。所以能夠賞賜超越當時，英名流傳前史。假若在外之將功成，而朝內流言大作，人主猜疑，良將懷懼，則樂毅因此背叛於燕，章邯因此投奔於楚。至於鄧艾心懷忠義，受命寧國，赤誠之心皎然，幽暗與光明同現，而橫遭誣陷受到屠戮，實在是可悲。還有王睿伐吳，奮不顧身，順萬里長江而下，軍鋒直指建業，使得孫皓君臣，被執送到洛陽。盡避建立大功，而讒書驟至朝廷，內外相互唱和，眼看冤案就要構成，若非晉武帝明察秋毫，大禍就要臨頭。每當覽觀其事，常常為之痛心，聖主明王，實宜深察。
「臣謹查已故征南大將軍、開府儀同三司、青州刺史、濟南王慕容白曜，祖先數代相繼，為東部邊地的部族首領，適逢皇魏擴充疆域，於是俯首稱臣。慕容白曜生長在魏國，接受王道教化，官職列於上階，爵位介於帝伯。過去在天安初年，長江北岸的夷楚，竟敢抗拒王命，在三個方向阻擋官軍，倚山築城相連。海岱之地的蒼生，翹首等待拯救。聖朝於是眷顧南方，想要拯救邊境百姓，在廟堂之上舉行朝議，公開推舉主將，百官同音，都說同意。推薦委任忠誠的人才，授予慕容白曜以專事征討之任，擁兵十萬，鎮守一方。其勢威懾河、濟而淮、徐震懼，其軍出征無鹽則申纂授首。濟北、太原，同時崩潰；麋溝、垣苗，相繼奔逃。及至他回師東掃，崔道固銜璧歸降，盤陽、梁鄒，肉袒請降。當時東陽尚未平定，人心不穩。沈文靜、高崇仁擁兵不降，煽動侵擾已降的邊地。崔僧..、蓋次陽、陳顯達連兵於淮海之地，水陸數路蜂擁，揚旌鼓噪而至，企圖增援青、齊。當地百姓蠢蠢欲動，無不寄希望於南方。當時兵卒服役時間已很久，都懷有歸家之心，但慕容白曜對外宣揚皇魏之威風，對內極力策劃謀略，親自身穿甲冑，與部下士卒同甘苦，安撫初來歸附之民，示以朝廷恩澤。三軍心懷如披棉衣之溫暖，新民欣喜得到重生的恩澤。於是使得崔僧..率部掩旗，歸順於軍門；沈文靜、高崇仁棄城逃竄入海；蓋次陽、陳顯達望塵向南而逃。慕容白曜聲震江、吳，風靡荊、江。及至青州平定，沈文秀自縛歸降，於是海波清靜，三齊得以安定，遠至東南地區，永遠為魏國所有。使朝廷容納六州之貢，濟、泗停息戰亂之患，開岱宗封禪之略，辟山川郡望之序。這實在是朝廷宗廟之靈，神明妙算所授，然而也有慕容白曜的一分功勞啊。
「到了昏暗的瘴氣已經清靜，慕容白曜的爵位也更顯貴，榮耀燭照當時，聲譽日益遠播。但有人憎惡他的官位，憑空產生嫌隙，由於他的功高，就散佈流言蠱惑視聽。巧言虛構以假亂真，致使朱紫難以分辨，他一身傷病還未痊癒，滿門就遭屠戮。其鴻勳盛德，全都被埋沒抹煞。凡是有識之士，怎不為此而淒愴。
「臣以為慕容白曜為官朝廷，接連蒙受榮顯的封授，歷任朝廷內外要職，一生胸懷忠誠美善。掌握兵權開闢邊地，屢次挫敗敵國之軍，開疆千里，拔城十二，辛勤於軍旅之際，奔馳於矢石之間，登鋒銳而履危難，一心只為肅清動亂。及至一方之難已經平夷，身受崇高的獎賞，得到疆土的封賜，命運與國家同升降，才以六十歲花甲之年，承蒙極大的榮寵。綜觀他所建立的功勳，就足以看清他的機謀運籌，難道會希圖僥倖，又去謀求非分之望嗎？況且在當時，國家的兵馬，屯駐在京都之南，跨州連鎮，勢同雲岳。主將全都驍勇雄武，各自鎮守其所在之地，無不準備殉忠死難，以盡其節操遵奉時命。這樣使任何人都不敢滋生異心，慕容白曜是全然知道的。更何況暗藏的逆賊阻擋官軍，營、岱的百姓不滿戰亂，加以王師接連征伐，州郡屠戮，平民勞苦，神膽俱喪，逃亡失散之眾不能與他們圖存，離散疲敗之民不可同他們談勇呢！慕容白曜果敢剛毅，熟諳軍事，善於體察用兵之勢，難道就不懂得兵民不可以憑靠，將士不與自己同心，竟然會依仗強兵之勢，憑借塗炭之民，而想要謀求顛覆朝廷，這是愚笨的人也不會去做的。據此推斷，事情也就十分明顯了。
「陛下聖鑒來自上天，以仁義孝德主宰當世，風度冠於天下，道德超過百王。自大魏開國以來，多有罪犯被處極刑，不能得到完整屍身的人，全都聽任其收葬。寬容之恩，自古未有。而慕容白曜人老功高，遭遇禍害而沉淪湮沒，聲名敗滅身受誅戮，其爵位也無以繼承，天下百姓，都共同哀傷憐惜，慕容白曜的待遇比起那些無名之輩來，應有差異。願陛下揚日月之光，明勳臣之績，垂天地之恩，慰殭屍之魂。讓其遺體合棺安葬，給予謚號，讓其死後留下名號。再挑選他宗族近親中才能可以任用的人，賜給低微的爵位，以繼承其斷絕的香火。如此，進可以獎勸將來之人，退可以顯示國家恩澤。使生者蒙莫大之恩，死者受骨肉之惠，難道不是兩全其美嗎！臣仰奉陛下聖明，賜恩昭覽，我為所陳述的狂妄愚昧之言，恭謹地聽候刑憲予以裁決。」
高祖閱覽成淹的表章，十分讚賞，為慕容白曜的事十分憫憐痛惜。