孔子称：“举善而教，不能则权”，是以舜举皋陶，汤举伊尹，而不仁者远，有德故也。光武即位之初，群雄竞逐，四海鼎沸，彼摧坚陷敌之人，权略诡辩之士，方见重于世，而独能取忠厚之臣，旌循良之吏，拔于草莱之中，实诸群公之首，宜其光复旧物，享祚久长，盖由知所先务而得其本原故也。
刘秀是汉高祖刘邦的九世孙，出自汉景帝子长沙定王刘发一脉，刘秀的先世，因遵行“推恩令”的原则而从列侯递降。到他父亲刘钦这一辈，只是济阳县令这样的小官员了。
西汉建平元年十二月初六，刘秀出生在陈留郡济阳济阳宫后殿第二间屋里。他出生的当晚没有灯火，却有赤光照耀整个房间。父亲感到奇怪，立即召来功曹史充兰，派他去问会占卜的人。充兰与马下卒苏永一起去卜人王长孙的住所。王长孙卜卦后，对苏永和充兰说：“这是件吉利的事情，不用多说了。”这年，在刘钦房前栽景天的地方有小米长了出来，共有三株，每株一根茎九个穗，比一般小米要长一二尺，真是好小米。父亲刘钦因此为其取名为“秀”。关于刘秀的长相，史书记载说他身长七尺三寸，美髯眉，大口隆准，与众不同。
元始三年，父亲刘钦在南顿县县令任上去世，年仅9岁的刘秀与兄妹便成了孤儿，生活无依，被远在南阳郡蔡阳县的叔父刘良所抚养，成了普通的平民。
由于刘秀勤于农事，而其兄刘縯好侠养士，经常取笑刘秀，将他比做刘邦的兄弟刘喜。 但另一方面，刘秀也藏匿亡命之徒，官吏不敢上门过问。新朝天凤年间（14年―19年），刘秀到长安，入读太学，随名儒许子威治《尚书》，略通大义，并结识了邓禹、朱佑等，二人后来皆列入“云台二十八将”，是刘秀创业的班底。
地皇三年（22年），南阳饥荒，刘縯手下宾客抢劫别人，刘秀为了躲避官吏，前往新野的姐夫邓晨家躲避。 同年秋，刘秀到宛城卖谷，与当地人李通及其从弟李轶密谋起兵。李通计划在材官都试骑士日起事，让李轶和刘秀到舂陵起兵。 十月，刘縯正式打出了“复高祖之业，定万世之秋”的口号，宣布起义，并派遣亲客，通知邓晨在新野起义，刘秀、李通、李轶等在宛城起义，自己则率七八千人在舂陵起义，自称“柱天都部”，联合新市、平林等绿林军。十一月，刘秀带领宾客从宛城来到舂陵，时值长兄刘縯会众起兵。起初刘縯起兵时，宗族都不愿意跟随，纷纷逃跑，直到看见刘秀穿绛衣大冠，惊叹“谨厚者亦复为之”，才安下心来。刘祉、刘良等也追随起兵。
刘秀兄弟和南阳宗室子弟在南阳郡舂陵起兵，史称刘秀兄弟的兵马为舂陵军，舂陵军的主力为南阳的刘氏宗室和本郡的豪杰。当时兵少将寡，装备很差，甚至在初期，刘秀是骑牛上阵的。后经过激战杀死了新野尉，刘秀才有了战马，不久又杀死湖阳尉，占领棘阳，但随即就遭遇甄阜、梁丘赐等所率的新军，在小长安溃败，刘秀“单马遁走”，途中还救了妹妹刘伯姬，但姐姐刘元拒绝上马，以免拖累刘秀，最终与她的三个女儿被新军杀死。此次兵败后，新市、平林军打算放弃对舂陵军的支援，刘秀便偕刘縯、李通到宜秋见下江兵首领王常，说服他加入，最终新市、平林、下江军与舂陵兵联合作战，于翌年正月在沘水、淯阳等地大败新军，并击杀甄阜、梁丘赐等新莽将领。
更始元年（23年）二月，西汉宗室刘玄被绿林军的主要将领拥立为帝，建元“更始”，是为更始帝。对此，刘縯及南阳刘姓宗室极为不满，只是迫于在联军之中，绿林军人多势大，又有强敌在前，只得暂且作罢。刘縯被封为大司徒，刘秀则受封为太常偏将军。更始政权建立，复用汉朝旗号，此举大大震动了新朝，王莽即遣大司空王邑、大司徒王寻发各州郡精兵共四十二万扑向昆阳和宛城一线，力图一举扑灭新生的更始政权。
王凤和太常偏将军刘秀等人率军攻破了昆阳、定陵、郾等县城。王莽得知严尤、陈茂失败的消息后，就派司空王邑快速乘驿轧，与司徒王寻一起征发部队，平定山东。
当时围住昆阳城下的王莽军将近十万，刘秀等人几乎没法出去，王寻、王邑纵兵包围昆阳。刘秀让王凤和廷尉大将军王常守卫昆阳，自己率领十几个骑兵在夜里偷偷出了城，到了郾城、定陵等地，刘秀便把各路军营里的兵马全部调出来，将领们贪恋财物，想要分兵有守。刘秀说：“现在若能打败敌军，珍宝比这里多上万倍，大功也可吿成；若被打败，连闹袋都留不住，还能有什么财物？ ”这样就把军队全部调出来。
六月初一，刘秀和诸营兵马进逼敌军，他亲自率领了一千多步兵、骑兵充当前锋，在距敌军四五里处摆下了阵势。王寻、王邑也派几千兵马来交战，刘秀带兵冲杀过去，斩杀好几十个敌人。将领们高兴地说：“刘将军平日见到小敌胆怯，今天遇到大敌反而勇敢，真令人惊奇！ 请将军再做前锋，我们协助将军！”刘秀又向前进兵，王寻、王邑的军队后退，各路兵马一同杀上去，斩杀千百余人首级。汉军接连获胜，就乘势杀过去，将领们的胆子更大了，无不以一当百，刘秀就和三千敢死队员从城西水边冲击敌阵的主将营垒。王寻、王邑轻视汉军，亲自率领一万余人在阵前巡视，指示各营按部停驻不可妄动，单独迎战汉军，不利，大军又不敢擅自救援。王寻、王邑的军阵混乱，汉军乘着锐气击溃他们，就此杀了王寻。
昆阳城里也擂起鼓，喊声冲天，内外呼应，呼声惊天动地。新军彻底溃败，逃命的相互践踏，长达百余里的路上躺满尸体。恰逢气候剧变，巨雷响起，狂风大作，屋上的瓦片都被刮飞。暴雨倾盆而下，滍川的水涨溢出来，虎、豹都很害怕。士卒跑到水里被淹死的，数以万计，以致水都堵塞而流不动。王邑、严尤、陈茂装备轻便，骑马从死人尸体上渡水逃走。汉军将新军的辎重统统缴获，多得无法清点，连月搬运都运不完，余下的就只能烧掉。新军溃散的士卒，四处逃走，各自回到自己的都邑，唯有王邑和他率领的长安勇士数千人返回洛阳。朝廷听到这个消息，大为震惊。因此海内豪杰一起响应，都杀死当地的州牧、太守，自称将军，改用汉朝的年号。更始元年（23年）九月，绿林军攻入长安，王莽死于混战之中，新朝覆灭。
在昆阳之战中立下首功的刘秀马不停蹄南下攻城略地时，刘秀的长兄大司马刘縯被更始帝所杀。刘縯无故被杀，他急忙返回宛城，向更始帝刘玄谢罪，对刘縯部将不私下接触。虽然昆阳之功首推刘秀，但他不表昆阳之功，并且表示兄长犯上，自己也有过错，并且不敢为刘縯服丧，“饮食言笑如平常”。不过在独居时就不吃酒肉，枕席间往往有泪痕。部下冯异劝他尽情哀痛，刘秀制止道：“卿勿妄言。”更始帝本因刘縯一向不服皇威，故而杀之，见刘秀如此谦恭，反而有些自愧。故刘秀不但未获罪，反而被拜为破虏大将军、武信侯。刘秀回到宛城并受封武信侯后不久，就在宛城迎娶了他思慕多年的新野豪门千金——阴丽华。
更始元年（23年）十月，更始帝刘玄遣刘秀行大司马事北渡黄河，镇慰河北州郡。路上，刘秀的挚交邓禹杖策北渡，追赶上刘秀，对刘秀言刘玄必败，天下之乱方起，劝刘秀“延揽英雄，务悦民心，立高祖之业，救万民之命，以公而虑，天下不足定也！”邓禹的话正合刘秀的心意。刘秀到河北后不久，前西汉赵缪王之子刘林即拥戴一个叫做王郎的人在邯郸称帝，而前西汉在河北的另一宗室、广阳王之子刘接也起兵相应刘林。
一时间，刘秀的处境颇为艰难，甚至有逃离河北之心，幸得上谷、渔阳两郡的支持，尤其是上谷太守耿况之子、少年英雄耿弇，一身豪气，对刘秀言道：“渔阳、上谷的突骑足有万骑，发此两郡兵马，邯郸根本不足虑。”刘秀高兴地指着耿弇道：“是我北道主人也！”不久，刘秀为促成和真定王刘杨的联盟，刘秀亲赴真定王府，以隆重的礼仪迎娶了刘杨的外甥女——郭圣通，刘秀率军在更始帝派来的尚书令谢躬和真定王刘杨的协助下，取得南栾之战胜利，攻破了邯郸，击杀了王郎等人。
更始三年（25年），冯异、寇恂等报告在洛阳城外取胜的消息，诸将便借机提议为刘秀上尊号，刘秀拒绝，率军回到蓟县，继续追剿尤来军。将其剿灭后南下洛阳，途中群臣多次劝进，都被拒绝。众将走了后，耿纯进劝说：“天下的士大夫，抛弃亲戚，离开故土，追随大王四处征战，他们的打算肯定是希望仰攀龙鳞，依附凤翼，来成全自己的心愿。现在大王拖延时间，违背众意，不正名位，我很害怕士大夫希望断绝，计谋穷尽，就有回去的念头，不想再忍受下去。如大家—分散，就很难能够再聚合。”
耿纯说得很诚恳真切，刘秀很感动，说：“我考虑一下。”
刘秀的军队走到鄗县，刘秀召见冯异打听各方情况。冯异说：“更始必败，振兴宗庙社稷的大任在您身上，您应当听从大家的建议。”这时，儒生强华恰好从关中拿着《赤伏符》 来晋见刘秀，谶语："刘秀发兵捕不道，四方云集龙斗野，四七之际火为主。”群臣因此再次奏请。六月二十二日，刘秀在鄗城千秋亭即皇帝位，建元建武。为表重兴汉室之意，刘秀建国仍然使用“汉”的国号，史称后汉，刘秀是为汉世祖光武皇帝。
此时的长安极度混乱，赤眉军拥立傀儡小皇帝刘盆子建立了建世政权，拥兵三十万众，进逼关中，更始遣诸将与赤眉大军交战，均大败而归，死伤甚重，三辅震动。不久，更始向赤眉请降，获封为长沙王，后为赤眉缢杀。刘秀闻绿林、赤眉两大起义军发生了火并，也派邓禹西入关中，以观时变。此间，三辅大饥，人相食，城郭皆空，白骨蔽野，赤眉数十万大军拥在长安，不日粮草即告匮乏，只得撤出长安西走陇右以补充粮草，结果为割据陇右的隗嚣所败，恰是严冬，“逢大雪，坑谷皆满，士多冻死”，赤眉数十万大军只得东归再次折回长安，并击败了进驻那里的邓禹军，迫使其退出长安，但此时的赤眉军也遭受了极大的消耗。见邓禹的西征军不利，刘秀遣冯异前往关中，代替邓禹指挥西征大军。冯异到后，邓禹联合冯异部与赤眉再战，结果再次大败，冯异只率少数人弃马步行才得脱身归营，而邓禹则败走宜阳。冯异收拢归散的部下，坚壁清野，待机再战。冯异事先挑选些精兵，让他们换上与赤眉军一样的服装，埋伏在路旁。
第二天，赤眉军派出万余人攻打冯异军的正面，冯异只用少数军队增援。赤眉军发现冯异人少势弱，就全军出动，攻打冯异，冯异才发兵同赤眉军大战。打到太阳偏西时，赤眉军士气衰落，路旁冯异伏兵突然杀出来，因服装相混，使赤眉军不能分辨敌我，惊骇逃散。冯异率军追击，在靖谷大败赤眉军，降服男女八万人。刘秀下诏书慰劳冯异说：“你开始虽然在回溪阪时受到挫折，可如今能在涅池发奋作为，彼时的失利得到了此时补偿。我要给你论功行赏，以奖励你的卓越功勋。”
刘秀遂遣破奸将军侯进等屯新安，建威大将军耿弇屯宜阳。不久，刘秀得知冯异在崤底大破赤眉，赤眉军主力十多万众南下走宜阳，刘秀乃亲自引大军驰援宜阳一线，与耿弇等人会合，共同阻击赤眉南下。刘秀亲率六军，于宜阳前线将大军摆开阵势，大司马吴汉精兵于最前，中军在其后，骁骑兵和带甲武士分陈于左右两侧。二月十七日，刘秀亲率六军，严阵以待。
赤眉军迎面遇到大军，兵士疲敝，粮草缺乏，士气低落到了极点，就派刘恭去请求投降，说：“刘盆子率百万大军投降陛下，陛下将如何对待他？”刘秀说：“赦你们不死！”十九日，刘盆子及丞相徐宣以下共三十多人，袒露臂膀投降，把得到的传国玉玺上缴更始帝的七尺宝剑。赤眉军的兵器甲胄堆积在宜阳城西，与熊耳山一样高。赤眉军尚有十多万人，刘秀令宜阳县厨赐给他们食物。次日早晨， 刘秀到洛水边列阵大批兵马，让刘盆子君臣们列队观看。刘秀对樊崇等人说：“你们会不会后悔投降？我现在让你们回到军营，率兵鸣鼓再战，决一胜负，不要勉强屈服。”徐宣等人叩头说：“我们从长安东都门出来，君臣就商议，要归顺陛下。对百姓来说，可以与他们享受成果，难以与他们筹划，所以没有告诉众人。现在能够投降，犹如脱离虎口回到慈母的怀抱，实在是欢喜，没有什么悔恨的。”刘秀说：“你们可以说是铁中的钢，庸人中的佼佼者。”二十一日，刘秀从宜阳返回。刘秀令樊崇等人都与妻子儿女住在洛阳，赐给他们田宅。后来，樊崇、逢安又谋划反叛，被杀，杨音、徐宣死在乡里。刘秀可怜刘盆子，任命他为赵王的郎中。后来刘盆子得病，失明，刘秀把荥阳均输官所属之地赐给他，让他终身享用该地的租税。刘恭为了替刘玄报仇，杀了谢禄，自己捆绑入狱，刘秀下令赦免死罪。
自建武元年至建武十二年（36年），刘秀登基后用了十二年的时间终于平定天下，使得自新莽末年以来四分五裂、战火连年的国家再次归于一统。
建武中元（一作中元）二年（57年）二月戊戌日（二月初五），刘秀在南宫前殿逝世，享年六十二岁。遗诏说：“我无益于百姓，后事都照孝文皇帝制度，务必俭省。刺史、二千石长吏都不要离开自己所在的城邑，不要派官员或通过驿传邮寄唁函吊唁。”