汉成帝时,凭借精通经学、善于属文,授黄门郎。随父进入天禄阁,负责整理校订国家藏书。
汉哀帝时,改名刘秀,交好权臣
王莽,历任中垒校尉、侍中、骑都尉、奉车都尉、光禄大夫、右曹、太中大夫。
地皇三年(公元23年),图谋诛杀王莽,事败自杀。
作为古文经学的继承者,联合父亲刘向编订《
山海经》。不仅在儒学上颇有造诣,而且在校勘学、天文历法学、史学、诗等方面堪称大家。编制的《三统历谱》,成为是世界上最早的天文年历的雏形。此外,在圆周率的计算上有贡献,确定重要常数为3.15471,只略微差了0.01312,世有“刘歆率”之称。