劉奭生於公元前75年,是漢宣帝劉詢與嫡妻許平君在民間所生的兒子。他出生幾個月後,父親劉詢便被擁立登基做了皇帝。三年後,母親許皇後在生下公主後即被霍光之妻霍顯設計毒死。公元前67年四月,劉奭被立為太子。
劉奭溫文爾雅,出入恭儉,多才多藝,善史書,喜歡鼓琴吹簫,柔仁好儒。為太子時,他以漢宣帝“持刑太深”曾勸父親重用儒生,遭到漢宣帝的疏遠,宣帝甚至預言“亂我家者,太子也”,但顧念他是發妻許平君的兒子而沒有褫奪他的太子之位。
公元前49年農曆十月,漢宣帝逝世。劉奭以儲君的身份登上皇位。
劉奭繼位後,次年改元初元。號令已出,便不理會漢宣帝原來的那一套,而是“征用儒生,委之以政”,重用貢禹、韋玄成、匡衡等名儒為丞相,這些儒生不達事宜,喜歡頌古非今,且優柔寡斷,不知所守。在元帝統治期間,為緩和關東豪強與西漢朝廷的緊張關係,漢元帝甚至大膽地放棄了漢朝初期以來遷徙關東豪強以充實關中帝陵的製度,使得中央集權受到削弱。社會危機日益加深,豪強大地主兼並土地之風日益盛行,統治階級日趨腐朽沒落。農民生活困苦,不得不起為“盜賊”。初元元年,漢在車師地區(今新疆)設立戊己校尉,管理屯田和防務。公元前36年,漢將甘延壽、陳湯誅郅支單於於康居。至此,唯一反漢的匈奴單於被消滅。漢打通西域道路,促進了中原與西域的經濟、文化交流。漢元帝為結束百餘年來漢同匈奴之間的戰爭局麵,漢元帝又以宮女王嬙(王昭君)嫁與匈奴呼韓邪單於。
此時的漢朝比較強盛,人口數達到中國封建社會前期的頂峰,但也是衰落的起點。劉奭在位期間,豪強大地主兼並之風盛行,中央集權逐漸削弱,社會危機日益加深,又由於漢元帝過於放縱外戚、宦官,這些最終在他去世幾十年後導致西漢的滅亡。
公元前33年,43歲的漢元帝駕崩,諡號為“孝元皇帝”,廟號“高宗”。