东晋太和八年（公元367年），大司马桓温的夫人马氏生下一个男孩，大名叫桓玄。桓玄长到5岁，一个意外的机遇，使他继承了桓温的爵位。那是宁康元年（373）七月，桓温病危，因长子桓熙太没有本事，决定将部众交给最能干的五弟桓冲统领。四弟桓祕对此十分不满，便与桓温的长子桓熙、次子桓济等密谋杀桓冲，桓冲得知后，暗作准备，待桓温一归天，就先下手把熙、济捉了起来，然后又废了桓祕，并把熙、济迁往长沙，又称桓温留下遗嘱，由小儿子桓玄继承爵位。于是，年仅5岁的桓玄，成了南郡公。
小小南郡公有着过人的智慧。桓温三年丧期届满，府州文武都来辞别，桓冲抚摸着桓玄的头感慨地说：“这都是你家的故吏啊！”7岁的桓玄听了，竟泪流满面，显出十分伤心的样子，使故吏们对他的聪明伶俐大为惊异。
青年桓玄长得“形貌瑰奇，风神疏朗”，而且知识广博，长于文章。常以高门才识自负，使人们对他有些畏惧。朝廷因为其父桓温曾有不臣的迹象，对他有意压抑，因此，到23岁，他才当了个太子洗马这样一个很不吃香的官。
有一次，桓玄去琅邪王司马道子府上，正碰上道子喝醉了酒，竟醉眼朦胧地当着许多客人的面问：“桓温晚年想做贼，是何缘故？”弄得桓玄伏在地上浑身冒汗，狼狈不堪。从此对道子恨得咬牙切齿。
桓玄后来虽然补了个缺，出京当了义兴太守，依然郁郁不得志。他曾经登上高处，望着眼前浩荡的太湖，回想当年父亲桓温曾是何等显赫，以此高门元勋，如今竟受世人毁谤排挤，不由得感慨万分，长叹一声说：“父为九州伯，儿为五湖长！”于是决定辞官回南郡封国去。
桓玄回到江陵家居赋闲。这儿乃是桓氏世代盘踞之地，他可以整顿兵马，为所欲为。当地士民怕桓玄甚于怕刺史殷仲堪。连殷仲堪本人对桓玄也要退让三分。
东晋政局这时正在酝酿一场剧变。在朝独揽军政大权的司马道子，以小舅子王国宝等为亲信，排斥南兖州刺史王恭、荆州刺史殷仲堪，终于引发了一场统治阶级内部的武装冲突。
隆安元年（公元397年）四月，王恭派人与殷仲堪联络起兵，以讨王国宝为名反对司马道子。桓玄巴不得天下大乱，好一显身手，便力劝殷仲堪与王恭联合举兵。于是，王恭上表历数王国宝罪状，举兵讨之。司马道子无力抵抗，只得杀了王国宝，请求王、殷退兵。桓玄趁机请当广州刺史，道子怕他在荆州还会造事生非，便顺水推舟，让他当了广州刺史，桓玄接受了任命，却并不离开荆州。以后他暗中被反司马道子的几股武装势力推为盟主，更积极扩张势力，吞并了殷仲堪等力量，占据了长江中上游广大地区。
在东晋与孙恩起义军征战时，桓玄利用这一时机将其势力向东逐步伸展到芜湖，当涂一带，直逼建康。桓玄既已控制了东晋三分之二的国土，而且兵势强盛，其野心也就更加膨胀起来。他的新目标乃是灭司马道子之子司马元显，进驻建康。
司马元显一直以笼络桓玄来对付其他反对势力，不料养虎遗患，桓玄力量强大之后，开始威逼建康，司马元显深为忧虑。谋臣张法顺给他出主意说：“桓玄刚得荆州，人心未附。若乘此时使刘牢之为前锋，陛下以大军继进，桓玄可灭。”元显以为有理，于是大治水军，准备讨伐桓玄。
元兴元年（公元402年）正月，元显以刘牢之为前锋，司马尚之为后部，亲率大军西讨桓玄。桓玄原以为元显正被孙恩起义搞得焦头烂额，根本无暇西顾，突然接到内线密报，说司马元显派刘牢之来攻，大吃一惊。
两军开战不久，刘牢之参军刘裕请求出击，牢之不许。此时，刘牢之正打着自己的小算盘，他一向讨厌元显，担心灭了桓玄，元显更加骄横，又怕自己功名越大，越不为元显所容，因此打算借桓玄之手除掉元显，然后再找机会灭桓玄。故此刻他不愿与桓玄交手。恰好桓玄派了牢之的本家舅舅何穆来说降，牢之之子刘敬宣、外甥何无忌和参军刘裕等人反对，但刘牢之主意已定，遂派刘敬宣去向桓玄请降。桓玄虽然打定主意要灭掉牢之，表面上却不露声色。不仅盛宴招待刘敬宣，还请他一起欣赏自己收藏的名画，又请刘敬宣当自己的谘议参军，十分亲热，刘敬宣也变了主意，于是收降刘牢之顺利办成。
解决了司马元显手下惟一拥有强兵可以对抗的刘牢之以后，桓玄如入无人之境，长驱直入，进到都城之下。元显赶紧退往宫中，桓玄命部下提刀边追边喊：“放下武器！”元显兵卒立刻纷纷溃逃，元显亦被活捉。桓玄大摇大摆进入建康，被任为都督中外诸军事、丞相、录尚书事、扬州牧、领徐、荆、江三州刺史，假黄钺。桓玄大权独揽后，杀了元显、尚之等人，又把道子发落到了安成郡。
桓玄的权位越高，野心也越大。新的目标乃是篡位称帝。实现这一野心的惟一威胁还是掌握北府兵的刘牢之，他必须夺了牢之的兵权。于是，桓玄任刘牢之为会稽内史。牢之知道兵权解除将大祸临头，马上与儿子刘敬宣商议对策，敬宣主张立刻发兵袭击桓玄，牢之犹豫不决，去问刘裕，刘裕说：“当初将军以劲卒数万而望风降服，如今桓玄刚刚得志，威震天下，人心归附于他，你怎么打得过他呢？如你要打，我也只有回京口去当百姓了。”牢之知刘裕不赞成，又召集僚属商议，参军刘袭站起来说：“天下最不能干的事就是犯上作乱，将军往年反王恭，前些时反元显，今又要反桓公，一人三反，还能在世上做人吗！”说完，头也不回，大步走了出去，其他佐吏也多散走。牢之见人心已散，害怕起来，忙派敬宣去京口把家小接来，约期至而未归，牢之以为事情败露，敬宣已被桓玄所杀，想想往后日子难过，就找了根绳子，往脖颈上一套，两脚一蹬，自杀了。不久敬宣就回来了，见此情景，只好逃走。
桓玄灭了刘牢之后，又杀了北府将领竺谦之、竺朗之、刘袭、孙无终等，并提拔一些北府后起将领如刘裕等作为他的爪牙，以使北府兵效忠自己。至此，桓玄觉得再也无人能奈何于他，便开始为所欲为。刚进建康的时候，他一度做了些罢黜奸佞、拔擢俊贤的事，曾使建康士民满怀希望，以为可以过一段安定日子。没想到桓玄立足稍稳，便原形毕露，奢豪纵逸，政令无常，根本不把安帝放在眼里，甚至克扣安帝的车马衣食，使安帝几乎挨饿受冻。因此，朝野内外很快就对桓玄大失所望。
到了九月，在亲信大臣的劝进之下，桓玄又让安帝册命自己为相国、楚王，加九锡。至此，他离称帝已是只差一步了。
到十一月，桓玄不光用上了天子的礼乐，而且将自己的老婆由王妃改称王后，世子改称太子。还让亲信起草了禅位诏书，然后逼着安帝抄写清楚。一切准备就绪之后，桓玄遂于十二月正式即位称帝，建国号为楚，改元永始。封晋安帝为平固王，迁往浔阳。
当了皇帝以后，桓玄的表现越发不得人心。他学前人的样子，亲临听讼观断案，却不分罪行轻重，一律释放。出行时，碰到拦住乘舆行乞的人，还时常给点衣食，以示新皇帝恩惠。他对奏事官吏特别苛刻，如果发现奏章中有一个字不合字体或语辞错误，必加惩罚，以示新皇帝聪明。他小事如此细致，大事却一点不抓，也不知道该如何处理政务，致使许多重要奏章堆积在桌上。他又特爱游猎，有时竟一日数次外出。他还别出心裁，迁居东宫，为了修缮东宫，又大兴土木，而且督迫严促。他的种种作为，使得朝廷内外怨声载道，反对的人越来越多。
刘裕早就想讨灭桓玄，见时机成熟，便与弟刘道规及亲信骨干刘毅、何无忌、王元德、王仲德、孟昶、檀凭之、诸葛长民等密谋起兵。
元兴三年（公元404年）二月，刘裕与何无忌率百余亲兵起事，杀了兖、徐二州刺史桓修，占据京口。孟昶亦与刘毅、刘道规等率数十人杀了青州刺史桓弘，占据广陵。刘裕又派刘毅去杀了豫州刺史刁逵，占据历阳。然后传檄各地，讨伐桓玄。桓玄派顿丘太守吴甫之、右卫将军皇甫敷等去京口抵御。三月初，刘裕在江乘亲执长刀，冲入敌阵，杀了吴甫之，又南进到罗落桥，斩了皇甫敷。桓玄听说二将出师不利，又派桓谦和何澹之屯东陵，卞范之屯覆舟山西，计有兵2万。刘裕于次日上午率军进到覆舟山东，命体弱兵丁登山树旗，作为疑兵，其余兵卒分数道并进，一眼望去，满山遍野尽是刘裕之兵。派出的侦察兵回去报告说：“刘裕军队满处都是，不知道有多少。”桓玄更加忧恐，赶紧带着儿子桓升、侄儿桓濬及亲兵数千人挟着安帝出逃，途中被叛兵所杀。
一个月后，桓谦、桓振等聚集残余，重新攻陷江陵，为桓玄举哀，谥为“武悼皇帝”。
第二年（公元405年）正月，刘毅等恢复江陵，晋安帝返回建康复位。至此，一出桓玄篡位称帝的活剧遂告终结。