1) Создаём virtualenv
2) делаем, например, bin/pip install psycopg2
До этого этапа всё хорошо.

Далее:
$ python
Python 3.5.1 (default, May  5 2016, 10:50:17) 
[GCC 5.3.1 20151207 (ALT Linux 5.3.1-alt3)] on linux
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> import psycopg2
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "/home/lex/2/lib/python3/site-packages/psycopg2/__init__.py", line 50, in <module>
    from psycopg2._psycopg import (                     # noqa
ImportError: No module named 'psycopg2._psycopg'

Смотрим:
$ ls lib/python3/site-packages/psycopg2/*.so
lib/python3/site-packages/psycopg2/_psycopg.cpython-35m-x86_64-linux-gnu.so

Модуль с таким именем питон найти и не может. Переименовываем:
$ mv lib/python3/site-packages/psycopg2/_psycopg.cpython-35m-x86_64-linux-gnu.so lib/python3/site-packages/psycopg2/_psycopg.cpython-35m.so
$ ls lib/python3/site-packages/psycopg2/*.so                                                                                               
lib/python3/site-packages/psycopg2/_psycopg.cpython-35m.so

Проверяем, всё работает:
$ bin/python
Python 3.5.1 (default, May  5 2016, 10:50:17) 
[GCC 5.3.1 20151207 (ALT Linux 5.3.1-alt3)] on linux
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> import psycopg2
>>> psycopg2.__version__
'2.7.4 (dt dec pq3 ext lo64)'

Это всё касается не только psycopg2, а любого пакета для которого требуется сборка бинарного модуля