1925年12月6日生于辽宁省沈阳市。家境清贫,父亲因失业,贫病交加50岁逝世,家庭生计多靠母亲做零工维持。他从小跟父亲熟读诗书古文。1937年秋在其姐姐的关怀资助下插班入大南关两极小学三年级,他很珍惜学习机会,加之天资聪慧、记忆力强,只用三年时间就学完了六年的课程,他用废瓶盖制成的擦鞋板,获市小学生发明奖。1940年12月以全班第一的成绩毕业并考入奉天省立第二国民高等学校(原第二工科学校,开英语课)机械专业。1944年12月又以全专业第一的成绩毕业并考取两所大学(放弃建国大学),1945年2月就读于哈尔滨医科大学医学部预科。八一五光复后转入本科学习。1946年3月当了青年军207师独立营的二等兵,1个月后同学们被调往野战医院、卫生大队及团卫生队当军医或看护。他利用3个月的看护期在苏家屯铁路医院跟随富永一郎院长等学习内外科和常规化验。但1946年7月在任职军医独立诊疗工作后才体会到,未系统学习临床课是当不了合格医生的。于是,他下定决心自修学校规定的必修基础课和临床课。他从旧书摊和旧货市场上收集了参考书;还幸运的买了一台日本军用折叠显微镜,一直带在身边用它作常规化验和微生物检查。1947 年夏至1948年,他利用午休、午夜和闲暇时间,在一年多的时间内基本上自学完了所有的基础和临床理论。这期间,曾毕业于国防医学院的和世壁(大队长)院长,成为他的良师益友。不仅为他答疑解惑,而且还指导他掌握正规的物理诊断技术和诊断治疗性技术操作。此时,他已成为和世壁的得力助手,主持内科和化验室。
周殿元虽整天陶醉在医疗、学习的氛围中,但他却身关国事、家事和天下事。在耳闻目睹了国民党政府、官员和军队的贪赃枉法、腐败堕落,走私贩毒,苛捐杂税等导致民不聊生的情景以及共产党领导下的解放区人人平等的幸福生活、人民子弟兵官兵平等的光荣传统和八年抗战的丰功伟绩后,1948年11月辽沈战役一结束他便响应号召参加了解放军,任东北军区第五后方病院内科军医。当即带领1名护士接收82名内科病员,他为了尽快地熟悉病情,写好病历,做好诊疗工作,前一个月他吃睡在病房,日以继夜地工作。两周内完成了82份合格的病历,受到军区卫生部检查组的表扬。他连续4个月独立承担100余名内科病员的诊疗工作,显著提高了常见内科疾病的理论水平和诊疗技术的动手能力。1949年3月被调往绥化第六后方病院,诊治了50余例黑热病,积累了丰富资料。此间他撰写出第一篇论文—《以休克为主要表现的大叶性肺炎一例报告》,在全院大会上受到院领导表扬。