从匡衡学诗，元帝末，为博士，因事免官。
绥和元年（前8年），汉成帝立侄子定陶王刘欣为皇太子，以师丹为太子太傅。绥和二年（前7年），汉成帝去世，刘欣即位，是为汉哀帝，师丹担任左将军，被赐爵关内侯及食邑，掌领尚书事，于是代替王莽担任大司马，被封为高乐侯。一个月后，被调任大司空，教授哀帝。
师丹既受任为大司空，也与傅氏一派不合，前后奏章数十上，无非援三年无改的古训，规讽哀帝改政太急，滥封丁傅。哀帝非不感动，但为傅汉、丁两后所压迫，也是无可如何。惟有一侍中傅迁，为傅太后从侄，人品奸邪，舆论不容，汉哀帝因将迁罢职，遣归故郡。不意傅太后出来干涉，硬要哀帝复还迁官，留任宫廷。汉哀帝无法，只好再将迁留住。丞相孔光，与师丹入朝面奏，谓诏书前后相反，徒使天下疑惑，无所取信，仍请将迁放归。哀帝说不出苦衷，装着痴聋一般，孔光师丹两人，不得已趋出，迁得为侍中如故。一官都不能黜陟，哀帝亦枉为天子！
先是掖庭狱丞籍武，见赵合德屡毙皇儿，很是不忍。曾经与掖庭令吾丘遵密商，拟即告发。无如官卑职小，反恐多言惹祸，因致迁延。吾丘遵又复病殁，籍武更是孤掌难鸣，只得作罢。
到了哀帝刘欣嗣位，赵合德自杀，籍武尚然生存，不妨稍露宫中秘情，辗转流传。被司隶校尉解光闻悉，正好扳倒赵家外戚，使傅太后独擅尊荣。当下拜本进去，追劾赵昭仪忍心辣手，曾害死成帝的嗣子两人，不但中宫女史曹宫等，冤死莫明，此外后宫女子得孕者，通通都被赵昭仪用药逼其堕胎。
赵昭仪惧罪自尽，未彰显戮，同产家属，尚得尊贵如恒，国法何在？应请穷究正法等语。照此奏议，连赵太后亦不能免辜，赵钦等更不消说得。汉哀帝因自己入嗣，曾得赵太后调护，厚惠未忘，乃仅将赵钦兄弟夺去爵位，免为庶人，充戍辽西。
赵太后非燕不被干连，算是万幸。慢着！时朝廷已经改元，号为建平元年，三公中缺少一人，朝臣多推荐光禄大夫傅喜，乃拜傅喜为大司马，封高武侯。郎中令冷褒，黄门郎段犹，见喜得列三公，傅氏威权益盛，乐得凑机献媚。
上言共皇太后与共皇后，不宜再加定陶二字，所有车马衣服，皆应称皇，并宜为共皇立庙京师。哀帝即将原奏发落，诏令群臣集议可否，群臣都随口赞成。师丹，首出抗议，大略如后：
古时圣王制礼，取法于天，故尊卑之礼明，则人伦之序正，人伦之序正，则乾坤得其位，而阴阳顺其节。今定陶共皇太后共皇后，以定陶为号者，母从子，妻从夫之义也。欲立官置吏，车服与太皇太后相埒，非所以明尊无二上之义也。定陶共皇号谥，前已定议，不得复改。礼，父为士，子为天子，祭以天子，其尸服以士服，子无爵父之义，尊父母也。为人后者为之子，故为所后服斩衰三年，而降其父母为朞服，明尊本祖而重正统也。孝成皇帝圣恩深远，故为共皇立后，奉承宗祀。今共皇长为一国太祖，万世不毁，恩义已备。陛下既继体先帝，持重大宗，承宗庙天地社稷之祀，义不可复奉定陶共皇，祭入其庙。今欲立庙于京师，而使臣下祭之，是无主也。又亲尽当毁，空去一国太祖不堕之祀，而就无主当毁不正之礼，非所以尊厚共皇也。臣丹谨议。
照这议论，原是至公至正，不可移易，丞相孔光，极力赞同，就是大司马傅喜，也以为师丹所言甚是，应该如议。独傅太后及傅晏傅商等，共同怨恨师丹，兼及孔光傅喜，统欲把他除去。
第一招先从师丹下手，探得师丹奏草，由属吏私下抄出，传示外人，当即据事奏表，弹劾他不敬。里面复有傅太后主张，迫令汉哀帝下诏，免去师丹的官职，削夺侯封。给事中申咸，博士炔钦，联名上奏，称师丹经行无比，怀忠敢谏，奏草漏泄，咎在簿书，与师丹无与。今乃因此贬黜，恐失众心。哪知诏书批斥