前157年（文帝后七年）六月丁未日出生，漢景帝中子。
前153年（景帝前元四年）四月，漢景帝立庶長子、慄姬子劉榮爲太子，史稱“慄太子”；同日，封劉徹爲膠東王，劉徹時年四歲。
前150年（景帝前元七年）四月，漢景帝廢太子劉榮爲臨江王；王夫人封爲皇后，七歲的膠東王劉徹以王皇后唯一的嫡子身份立爲儲君。
前148年（景帝中元二年）臨江王劉榮“坐侵廟壖垣爲宮”（侵佔宗廟外空地擴建宮室而犯罪）入獄，不久自殺；九月，樑王劉武刺殺袁盎等十餘人。
前141年（景帝后元三年）正月，漢景帝駕崩，十六歲的劉徹即位。
前139年（武帝建元元年）用趙綰、王臧開始新政，由於侵犯了宗室利益，趙綰王臧下獄自殺新政挫敗，劉徹開始韜光養晦。
前138年（武帝建元二年）派遣張騫出使西域。
前137年（武帝建元三年）擴修上林苑。
前135年（武帝建元六年）竇太后病死，二十二歲的劉徹正式執政。
前133年（武帝元光二年）六月，馬邑之圍未能伏擊匈奴而失利；開始與匈奴大規模交戰。
前130年（武帝元光五年）車騎將軍衛青大破龍城，取得了自漢朝開國以來對匈戰役的首次勝利，從此，進入對匈戰爭的轉折點。
前128年（武帝元朔元年）衛子夫生漢武帝長子劉據；三月，封衛子夫爲皇后；武帝時年二十九歲。
前127年（武帝元朔二年）主父偃上書武帝，建議實行《推恩令》；不久正式實行；同年，衛青收復河朔之地，驅走白羊、樓煩王，築朔方城，從此徹底解決了匈奴對長安的威脅。衛青被封爲長平侯。
前126年（武帝元朔三年）張騫出使西域歸來，歷時十三年。
前124年（武帝元朔五年）車騎將軍衛青擊敗匈奴右賢王，並俘虜右賢稗王十多人，牲畜數千百萬，天子在軍中拜衛青爲大將軍，諸軍都聽命於大將軍的號令。
前123年（武帝元朔六年）霍去病始戰，封冠軍侯。
前119年（武帝元狩四年）春夏之際，大將軍衛青大戰匈奴於漠北，伊稚斜單于逃走；霍去病的東路軍擊敗左賢王，左賢王敗逃而去，徹底解決了匈奴之患，從此“漠南無王庭”。
前117年（武帝元狩六年）大司馬驃騎將軍霍去病去世。
前113年（武帝元鼎四年）得寶鼎於汾水上。
前110年（武帝元封元年）泰山封禪，始有年號“元封”。
前106年（武帝元封五年）大司馬大將軍衛青去世。
前104年（武帝太初元年）改正朔，易太初曆，以正月爲首（原以十月爲首）。
前99年（武帝天漢二年）秋，李陵戰敗於浚稽山而投降；漢武帝殺李陵一家，對司馬遷施行宮刑。
前91年（武帝徵和二年）被丞相公孫賀緝捕的通緝犯朱世安誣告賀之子公孫敬聲以巫蠱咒武帝，賀父子下獄死，諸邑公主與陽石公主、衛青之子長平侯衛伉皆坐誅。武帝命寵臣江充爲使者治巫蠱，七月，太子劉據因“巫蠱案”被陷害不能自明，殺江充，被迫起兵，皇后衛子夫自殺；八月，太子自殺，其妻妾子女皆被害，唯襁褓之中的孫子劉病已倖免，後爲漢宣帝。
前89年（武帝徵和四年）漢武帝爲巫蠱之禍中被陷害致死的太子平反，夷江充三族，燒死蘇文，建“思子宮”“歸來望思之臺”以寄託哀思，天下聞而悲之；發佈《輪臺罪己詔》，反省自己的過錯。
前87年（武帝后元二年）二月，漢武帝駕崩，終年七十歲，在位共五十四年，葬於茂陵，廟號世宗；遺命霍光、金日磾、上官桀輔佐幼子劉弗陵（時年八歲）即位，爲漢昭帝。
