1927年12月，厉慧森出生于梨园世家，自幼学戏，工丑角。

1934年，进入其父在上海协助“更新舞台”演出而形成的“更新童伶班”，后随着厉氏“慧”字科收徒渐多，遂名为“童伶厉家班”，并于1936年正式定名“厉家班”。

1936年，其父开办厉家童伶班，与大哥厉慧斌、二哥厉慧良、大妹厉慧敏、小妹厉慧兰被合称“厉家五虎”，在长江一带演出，颇有影响。

1938年，因抗日战争，厉家班自芜湖经武汉溯江入川，巡演于云、贵、川三省。

1942年，在昆明更名为“斌良国剧社”，再经辗转在渝“一川大戏院”扎下班营，届时形成“厉家五虎”（厉慧良、厉慧斌、厉慧敏、厉慧兰、厉慧森）“慧氏三杰”（陈慧君、陈慧霖、邢慧山）等领衔主演的局面。该班成为“大后方”影响力最大的京剧班社之一。并以拯救民族危亡为己任，积极投身于中华全国戏剧界“抗战御辱”的洪流之中，以募捐义演、宣传公演等形式，启发民智，支援抗战。

1945年，国共“重庆谈判”期间，蒋介石曾三次邀请毛泽东观看“厉家班”演出，“厉家五虎”悉数登场，抒写了一段中国政治历史的“文艺佳话”。

1956年，厉家班整体转为国营建制进入重庆市京剧团，厉慧森先生长期担任剧团主要丑角演员兼导演。

1956年起，先后兼任58届、70届、93届京训班教师，主要擅长丑角的唱腔和表演，主张老戏新演，强调丑角的表演艺术要净化、美化。

2004年，前往香港献艺，反映热烈。老人暮年依然孜孜不倦做着传承的事，静心埋头写下了30多万字的手稿《厉家班史》和《忆二哥慧良》。

2017年6月30日9时30分，厉慧森因病住院医治无效不幸逝世，享年90岁。

厉慧森演出了《谢瑶环》《锁麟囊》《取铜陵》《秦香莲》《法门寺》《群英会》等200余出剧目，成功塑造了蒋干、汤勤、贾桂、祝小三等众多舞台艺术形象。代表剧目有：《三不愿意》《唐知县审诰命》《春草闯堂》《徐九经升官记》《秋江》等。

厉慧森导演复排了《天国取铜陵》《钟义与小白龙》《春香传》《炼印》《红梨记》《城濮之战》《丰收之后》《三峡红灯》《砥柱中流》《最后时刻》等剧目；撰写了《厉家班史》《忆二哥慧良》等作品。

厉慧森曾应约为全国80多种刊物撰写关于京剧表演与研究的文章100余篇，并长期致力于京剧艺术人才培养和队伍建设，献毕生于京剧艺术事业。