歐陽毅出生于1910年，湖南省宜章縣人。早年時期，歐陽毅主要在家鄉一帶讀書，曾進入宜章初級中學學習，他天資聰穎，學習刻苦，而且廣泛閱讀各種進步書籍，逐漸成長為一名憂國憂民的進步青年。

1926年，國民黨誓師北伐，國內革命形勢高漲。當北伐軍攻打歐陽毅的家鄉時，歐陽毅積極組織同學與各界群眾支援北伐軍，為大革命浪潮的興起貢獻了一份力量。1927年，大革命失敗后，歐陽毅加入了共青團，次年1月，他轉為正式黨員。

也是入黨的這一年，歐陽毅隨軍上了井岡山，參加了井岡山根據地的建設。1929年年初，歐陽毅跟隨紅四軍離開井岡山，轉戰贛南與閩西，參與了中央根據地的開辟與建設。期間，他陸續擔任了紅四軍第十師教導大隊、紅五軍團政治保衛分局局長等職務，逐漸成長為一名英勇善戰的紅軍指戰員。

1934年10月，第五次反“圍剿”失敗后，歐陽毅跟隨中央紅軍的主力部隊踏上了長征之路。長征期間，他所在的部隊主要承擔后衛任務，1935年6月，紅一方面軍與紅四方面軍會師之后，歐陽毅被調到左路軍，此后他主要跟隨紅四方面軍行動。因為張國燾的分裂主義，歐陽毅也被迫南下川康一帶，三過雪山與草地，歷經重重考驗才取得了長征的勝利。

抗日戰爭全面爆發后，歐陽毅進入抗日軍政大學學習，畢業后留校工作，擔任了抗大總校秘書處處長。1939年，抗大總校奉命向晉東南抗日根據地轉移，此后改編為八路軍第五縱隊，歐陽毅擔任了第五縱隊副參謀長一職。任職期間，他領導了晉東南敵后的反“掃蕩”以及游擊戰，在整軍、生產等方面做了大量卓有成效的工作，促進了抗日力量的發展壯大。

1941年之后，歐陽毅調回延安，擔任了總政治部鋤奸部副部長、晉綏聯防軍政治部保衛部部長，主要負責邊區的政治保衛工作，在保衛邊區、保衛毛主席、保衛后方等方面作出了重要的貢獻，見證了抗日戰爭的勝利。

解放戰爭時期，歐陽毅主要以治病休養為主，身體好的時候，他也擔任過社會部副部長，力所能及地為前線提供支援。新中國成立后，歐陽毅擔任了公安部隊政治部主任，1955年授銜時，他被授予中將軍銜，成為開國中將。

在這之后，歐陽毅被調到炮兵，擔任了炮兵副政委以及炮兵紀委書記等職務，在新中國的炮兵建設方面做了很多工作。1967年，歐陽毅被調到石油部，擔任了軍管會主任，不過，在那段特殊的歷史時期中，他也不可避免地受到沖擊，身心受到造反派的極大迫害。

受迫害期間，歐陽毅不僅被暫停了工作，而且還被隔離關押近5年時間。對歐陽毅來說，雖然身陷囹圄，但他始終保持著一個黨員的錚錚鐵骨與高風亮節，與造反派進行了不懈斗爭，并始終拒絕造反派強加在自己身上的一切不實之詞。

1975年，歐陽毅恢復工作，此后他官復原職，繼續回到炮兵，擔任了炮兵副政委。同時，歐陽毅也充分發揮自己的所學與經驗，投身我軍炮兵的正規化與現代化建設，并提出了很多可靠的建議。1988年，歐陽毅離職休養，晚年他主要生活在北京，于2005年因病去世，享年95歲。