刘玄，字圣公，舂陵（今湖北枣阳县南）人，是刘邦的后裔。父亲刘子张，娶平林何氏的女儿为妻。后被西汉末年的农民起义军各部拥立为帝，史称“更始皇帝”。
刘玄被拥立为帝，充满了偶然性，而且拥立他做皇帝的，正是要推翻一个王朝的起义军。
天凤四年（公元17年），鄂西一带民众因饥荒而起义，拥王匡、王凤为首领，聚集在绿林山（今湖北大洪山），号“绿林军”。转战数载以后，绿林军分散各地，分成“下江兵”、“新士兵”、“平林兵”几个部分，其中还有刘玄的堂兄刘纟寅、刘秀在南阳组成的“舂陵兵”。
刘玄也在义军中，原来，刘玄的一个弟弟被仇人所杀，刘玄便纠集一帮朋友，欲替弟弟报仇。一天，他宴会诸友，并邀请当地的治安官赴宴，一个客人说醉话忤怒了治安官，生性懦弱，胆小怕事的刘玄恐遭不测，就跑到平林县城躲避去了。当地官吏见刘玄逃跑了，就把他父亲刘子张抓了起来，关进监狱。刘玄听说老父被抓，便放出风声，说他已病死，还做了一具棺材，让人运回老家安葬。官吏听说刘玄死了，就把刘子张放了出来。诈死的刘玄东藏西躲，四处漂泊。后来他听说平林人陈牧扯起了反旗，便前来投奔。陈牧收留了他，还委他一个官职——安集椽，这是一个安集军队的官。
不久，刘玄的堂兄弟刘纟寅、刘秀在南阳起兵，组成一支“舂陵兵”。他们与新市兵、平林兵、下江兵并肩作战，大败王莽军队。
绿林军派系很多，无所统一。为了协调行动，各路义军都主张设置一个最高统帅。王莽新朝皇帝的位子是篡夺汉家的，各路义军又都以反新复汉相号召，所以绿林军士决定立一个姓刘的人做皇帝。人选有两个：一个为刘纟寅，一个是刘玄。刘纟寅生性慓悍，粗犷豪爽，不拘小节，相当一部分主张立刘纟寅。新市兵和平林兵忌惮刘纟寅，主张立刘玄。他们拥立刘玄为“更始皇帝”，造成既成事实，刘纟寅和他的拥护者不得不默认。
地皇四年（公元23年），刘玄在淯水之滨登坛称帝，朝见群臣。他面对坛下那群纠纠武夫，羞愧流汗，张口结舌，说不出话来。接着，结结巴巴地宣布建元“更始”，拜王匡为定国上公，王凤为成国上公，朱鲔为大司马，刘纟寅为大司徒，陈牧为大司空，还设置了九卿、诸将。
绿林军各部节节胜利，尤其是昆阳一战，歼灭了王莽军队的主力。刘纟寅、刘秀兄弟，威名大震。更始君臣感到：刘纟寅兄弟是榻旁之虎，须尽快除掉。于是，更始皇帝在宛城大会诸将，欲借机诛刘纟寅。会上，更始皇帝赞叹刘纟寅的宝剑，叫刘纟寅解下呈给他看看。刘纟寅把剑呈上，但懦弱的更始帝胆怯了，不敢下手。绣衣御史申屠建呈上一块玉玦，示意他尽快决断。然更始皇帝终没敢下手。
会散了，刘纟寅的舅舅樊宏对他说：“当初，鸿门宴上，范增举玦以示项羽，要他下决心杀高祖。今天，申屠建献玉玦，用心不良吧？”刘纟寅一笑置之。
刘纟寅手下有个大将叫刘稷，勇冠三军。他将兵在外，听说更始皇帝想谋杀刘纟寅，破口大骂。他的话很快传到更始君臣的耳朵里。为了安抚刘稷，更始拜他为抗威将军，刘稷不肯受。更始帝便命诸将陈兵数千人，逮捕刘稷，要杀掉他。刘纟寅为他说情。在朱鲔等人的一再劝说下，更始帝把刘纟寅也抓了起来，与刘稷一同杀了。
当时，刘秀领兵在外作战，听说兄长被杀，满怀悲痛，但却装作罪犯一样驰奔宛城谢罪。刘纟寅的官属来迎接刘秀，刘秀不说别的，只引咎责己。他不敢为兄长发丧，还装出一副笑容自若的样子。更始帝见此情景很惭愧，便拜刘秀为破虏大将军，封武信侯。
更始帝翦除了心腹之患以后，便下令兵分两路：定国上公王匡将兵北上，进攻洛阳；西屏大将军申屠建、丞相司直率兵西进，直叩武关。西路军进展神速，势如破竹，逼进武关。这时，武关已落于关中起义军邓晔、于匡手中，他们开关迎入西路军，合兵进攻长安，并击败王莽的反扑，从宣平门攻入长安。长安市民朱弟、张鱼也起兵，进攻皇宫。王莽出逃渐台，义军随后追击。商人杜吴杀王莽，取其绶带；有个叫公宾就的校尉割下王莽的脑袋。不久，北路军攻克洛阳，活捉王莽的太师王匡和国将哀章。更始帝遂移都洛阳。他的部将们裹着帻，穿着女人的衣服，大掖衣上又加上一件马夹，趾高气扬地开进了洛阳。那些新朝的官吏见了这副打扮，都暗自好笑，有的人则认为这是“服妖”，预示灾变，吓得跑到边郡躲避去了。
移都洛阳后，更始帝遣刘秀以破虏将军行大司马事，持节渡河北，镇慰州郡。刘秀指使占据长安的西路军首领申屠建、李松，自长安送来皇帝的车马和服装，请更始帝移都长安。更始二年（公元24年）二月，更始帝自洛阳迁都长安。更始帝入居长乐宫，升前殿朝见诸将，羞赧不堪，不敢仰视诸将，把头垂得低低的，一副无地自容的样子。
在长安，更始帝刘玄分封刘氏宗室刘祉等6人为王，接着，又封王匡等14名将领为王。惟有朱鲔不肯接受胶东王的封号，更始帝便任命他为左大司马，派他和李铁、李通、王常等镇抚关东。又拜李松为丞相，赵萌为右大司马，共秉内政。
更始帝纳赵萌之女为夫人，很是宠爱，遂委政于赵萌。赵萌弄权，威福自断。有个郎官弹劾赵萌专权跋扈，更始帝拔剑斩了这个郎官。自此以后，再也没人敢奏劾赵萌了。有个侍中忤怒赵萌，赵萌喝令推出去斩了。更始帝为侍中说情，请留他一条性命，赵萌不予理睬，堂堂的天子眼睁睁地看着自己要救的人被拉出去杀了，竟束手无策。
不仅赵萌这样，其他权贵也是如此。李铁、朱鲔擅命东关，王匡、张卬专断三辅。而他们任用的官吏，大多是出身微贱的起义者。官僚地主编了一首歌谣来嘲讽这些新贵：“灶下养，中郎将。烂羊胃，骑都尉。烂羊头，关内侯。”
军师将军李淑上书，说公卿大臣都是戎武出身，尚书等官员都是庸伍出身，做个亭长，抓个盗贼或许能行，怎么能让他们治理国家呢？他建议罢黜小人，延用英俊。更始帝听罢，龙颜大怒，把李淑关进了监狱。
更始帝刘玄在朝堂上见了大臣脸红口讷，在后宫里和嫔妃们却是有声有色的。他终日在后庭与诸嫔妃饮酒作乐，不问政事。群臣有事向他奏报，他总是烂醉如泥，不能朝见群臣。有时，就叫侍中坐在帷帐内接见群臣。群臣听出不是更始帝的声音，非常生气，说：“成败还未可知，就这样放纵！”更始帝宠爱的韩夫人，嗜酒好饮，常与更始帝对饮，见到有大臣来报政事，她就骂道：“皇上刚刚坐下来与我饮酒，你们早不来，晚不来，偏在这时来奏报。”甚至起身击坏了方案。
刘玄的所作所为，不但引起了朝臣的不满，也为外人所趁。趁火打劫的不是别人，正是另一支农民起义军“赤眉军”。早先，刘玄曾派人招降该军首领樊崇，封他及以下20余人为列侯。但樊崇并未就此罢休，而是攻城掠地，队伍发展到30多万人，且西攻长安。他们把军队分为30营，一营1万人。进至华阴（今陕西华阴），赤眉军拥立汉宗室后裔、15岁的牧童刘盆子为帝，建元“建世”，以徐宣为丞相，樊崇为御史大夫，逢安为左大司马，谢禄为右大司马。
就在赤眉军逼进长安时，更始政权发生了内讧。赤眉军乘更始政权内讧之机，推进到高陵（今陕西高陵），进攻长安。更始皇帝闻讯单骑出逃。一群妃妾在后面连呼带喊：“陛下，当下马谢城！”更帝下马拜谢，复上马逃窜。
右辅都尉严本怕刘玄逃走，自己被赤眉军杀死，便派兵保卫更始帝，实际上是把他软禁起来。赤眉军宣布：“刘圣公投降，封他长沙王。过了20天，不再受降。”更始帝连忙派刘盆子的哥哥刘恭去见赤眉军表示愿意投降。赤眉派大将谢禄受降，更始帝肉袒诣长乐宫，奉上玺绶。刘盆子下令把更始推出去斩首，刘恭、谢禄为他说情，刘盆子不允。刘恭喊道：“臣力救不得，请先死！”拔剑欲自刎。樊崇夺下他的宝剑，赦免了更始帝，并封刘玄为长沙王，居住在谢禄的军营中。
赤眉劫掠三辅，居民思念更始帝。张卬对谢禄说：“有很多人想救出长沙王，另立旗帜。一旦把他救出去，纠兵反攻，对我们十分不利。”于是，谢禄派他的卫士和长沙王一起去郊外牧马，暗令卫士缢死他。刘恭闻讯，乘夜收敛其尸体。后来，刘秀诏令大司徒郑禹把刘玄葬在汉文帝的陵墓霸陵的陵园内。
刘玄有三个儿子：求、歆、鲤。建武二年（公元26年），刘求兄弟陪同母亲去了洛阳，刘秀封刘求为襄邑侯，刘歆为谷孰侯，刘鲤为寿光侯。