陕西省蒲城县人。先后就读于孙镇小学、三原省立第三中学。1932年加入中国共产主义青年团，任省立三中团支部书记，1933年1月转为中国共产党员。

1933年7月，陕西省委被破坏后，关中党组织遭到大破坏。郭炳坤北上照金参加中国工农红军，跟随红二十六军转战陕甘边，任游击队政治指导员，为创建照金苏区做出了贡献。1934年，郭炳坤任中共陕甘边南区委员会宣传部部长。1935年9月，红十五军团成立后，郭炳坤任红十五军团七十八师二三二团党总支书记。红一方面军长征到达陕北后，郭炳坤任红一方面军政治部干事、中共关中特委军事部副部长等职。

抗日战争时期，郭炳坤历任中共关中分区委员会委员、宣传部部长，中共三边分区委员会委员、书记，三边分区保安司令部参谋长、司令员，警三旅兼三边警备司令部政治部主任。先后在延安马列学院、中央党校学习，并当选为中共七大代表，出席了中国共产党第七次全国代表大会。

解放战争时期，郭炳坤历任警三旅副政委兼政冶部主任、陇东警备区副政委，中共三边地委书记兼军分区政委、司令员，新十一旅政委兼三边军分区政委，西北野战军警备第三旅旅长，第一野战军第四军第十一师师长等职。在三边工作期间，指挥部队机动灵活地围歼了来犯的国民党军队，二轱辘一战，全歼敌骑兵第五团，打死打伤敌军千余人，击毙敌团长一名。先后参加了澄（城）合（阳）、荔北、陕中、扶眉、兰州等战役。在扶眉、兰州战役中，奉命率领所部担任阻击和主攻任务，受到中共中央西北局和彭德怀司令员的表扬。

1949年12日，郭炳坤率部到达甘肃临夏，在剿匪、建立政权、整顿社会秩序中，始终坚决贯彻中国共产党的民族政策，教育和团结广大的回、汉人民，一年多消灭40多股土匪，迫使马英贵股匪近千人缴械投降，很快扭转了临夏匪患猖撅的严重局面，使社会秩序得到好转。

1950年夏，郭炳坤任中共临夏地委书记和临夏军分区司令员期间，发动群众，打击反动势力，清除特务、取缔反动会道门，进一步巩固了临夏地区的局势，推动了农牧业的恢复和发展。1952年至1960年，郭炳坤历任中国人民解放军第四军政委、西北军区干部部部长、总干部部预备役干部动员部部长、国务院内务部副部长等职，为人民军队的建设和民政建设做了大量工作。1955年被授予少将军衔。1961年2月，调任海军政治部副主任。

“文化大革命”中，郭炳坤遭到林彪反革命集团的打击和迫害，被打成“反党集团”成员、“叛徒”，押送到江西上饶劳动改造。林彪反革命集团破灭后，郭炳坤的冤案得到平反。1974年7月出任海军北海舰队政治委员，次年8月又兼任北海舰队党委第一书记。

1977年4月6日逝世。