前157年（文帝后七年）六月丁未日出生，汉景帝中子。
前153年（景帝前元四年）四月，汉景帝立庶长子、栗姬子刘荣为太子，史称“栗太子”；同日，封刘彻为胶东王，刘彻时年四岁。
前150年（景帝前元七年）四月，汉景帝废太子刘荣为临江王；王夫人封为皇后，七岁的胶东王刘彻以王皇后唯一的嫡子身份立为储君。
前148年（景帝中元二年）临江王刘荣“坐侵庙壖垣为宫”（侵占宗庙外空地扩建宫室而犯罪）入狱，不久自杀；九月，梁王刘武刺杀袁盎等十余人。
前141年（景帝后元三年）正月，汉景帝驾崩，十六岁的刘彻即位。
前139年（武帝建元元年）用赵绾、王臧开始新政，由于侵犯了宗室利益，赵绾王臧下狱自杀新政挫败，刘彻开始韬光养晦。
前138年（武帝建元二年）派遣张骞出使西域。
前137年（武帝建元三年）扩修上林苑。
前135年（武帝建元六年）窦太后病死，二十二岁的刘彻正式执政。
前133年（武帝元光二年）六月，马邑之围未能伏击匈奴而失利；开始与匈奴大规模交战。
前130年（武帝元光五年）车骑将军卫青大破龙城，取得了自汉朝开国以来对匈战役的首次胜利，从此，进入对匈战争的转折点。
前128年（武帝元朔元年）卫子夫生汉武帝长子刘据；三月，封卫子夫为皇后；武帝时年二十九岁。
前127年（武帝元朔二年）主父偃上书武帝，建议实行《推恩令》；不久正式实行；同年，卫青收复河朔之地，驱走白羊、楼烦王，筑朔方城，从此彻底解决了匈奴对长安的威胁。卫青被封为长平侯。
前126年（武帝元朔三年）张骞出使西域归来，历时十三年。
前124年（武帝元朔五年）车骑将军卫青击败匈奴右贤王，并俘虏右贤稗王十多人，牲畜数千百万，天子在军中拜卫青为大将军，诸军都听命于大将军的号令。
前123年（武帝元朔六年）霍去病始战，封冠军侯。
前119年（武帝元狩四年）春夏之际，大将军卫青大战匈奴于漠北，伊稚斜单于逃走；霍去病的东路军击败左贤王，左贤王败逃而去，彻底解决了匈奴之患，从此“漠南无王庭”。
前117年（武帝元狩六年）大司马骠骑将军霍去病去世。
前113年（武帝元鼎四年）得宝鼎于汾水上。
前110年（武帝元封元年）泰山封禅，始有年号“元封”。
前106年（武帝元封五年）大司马大将军卫青去世。
前104年（武帝太初元年）改正朔，易太初历，以正月为首（原以十月为首）。
前99年（武帝天汉二年）秋，李陵战败于浚稽山而投降；汉武帝杀李陵一家，对司马迁施行宫刑。
前91年（武帝征和二年）被丞相公孙贺缉捕的通缉犯朱世安诬告贺之子公孙敬声以巫蛊咒武帝，贺父子下狱死，诸邑公主与阳石公主、卫青之子长平侯卫伉皆坐诛。武帝命宠臣江充为使者治巫蛊，七月，太子刘据因“巫蛊案”被陷害不能自明，杀江充，被迫起兵，皇后卫子夫自杀；八月，太子自杀，其妻妾子女皆被害，唯襁褓之中的孙子刘病已幸免，后为汉宣帝。
前89年（武帝征和四年）汉武帝为巫蛊之祸中被陷害致死的太子平反，夷江充三族，烧死苏文，建“思子宫”“归来望思之台”以寄托哀思，天下闻而悲之；发布《轮台罪己诏》，反省自己的过错。
前87年（武帝后元二年）二月，汉武帝驾崩，终年七十岁，在位共五十四年，葬于茂陵，庙号世宗；遗命霍光、金日磾、上官桀辅佐幼子刘弗陵（时年八岁）即位，为汉昭帝。
