刘炟生于建武中元二年（57年），是汉明帝刘庄的第五个儿子，母为贾贵人。

永平三年（60年）二月十九日，刘炟被立为皇太子，时年三岁。刘炟年少宽容，爱好儒术，很受父亲汉明帝的器重。

永平十八年（75年）八月初六日，汉明帝去世，刘炟即皇帝位，时年十九岁，尊嫡母皇后马氏（明德皇后）为皇太后。同年八月十六日，葬汉明帝于显节陵。十月初二日，大赦天下。

永平十八年（75年）十一月，汉章帝诏征西将军耿秉驻扎于酒泉，以防备北匈奴。此时，汉匈之间对西域展开了一场争夺战，汉章帝派遣酒泉太守段彭救戊己校尉耿恭。

永平十八年（75年），发生大瘟疫。京师洛阳及三州大旱，汉章帝下免除兖、豫、徐州的田租、刍稿，将仓廪赈济灾民。

建初元年（76年），兖、豫、徐等州发生严重的旱灾，赤地千里，饑民遍野。刘炟一方面调集国库粮食紧急救援饥饿中的人民，一方面召集大臣商讨解决办法，按照当时人们流行的看法，水旱荒年是由于阴阳失调，而阴阳失调又与政事有关。司徒鲍昱痛陈时弊：“前几年治楚王刘英狱，抓人成百上千。这些人并不是都有罪，受牵连而坐狱的人恐怕有一半是冤枉的。那些判处徒刑的人远离家乡、骨肉分离，死了灵魂也不得安息。这就致使阴阳失调、水旱成灾。现今不如赦免这些刑徒，解除监禁，让其回家和亲人团聚，这样也许能致和气，使天降甘露、解除旱情，免除黎民百姓的痛苦。”尚书陈宠也上疏说：“治理国家大事就如调整琴瑟的弦一样，弦调得太紧就会崩断，刑罚太严也会激起人民的不满。建议陛下进一步宽缓刑罚。”刘炟听从他们的建议，大赦天下，宽缓刑罚。

同年，酒泉太守段彭讨击车师，大破北匈奴。二月，武陵澧中蛮叛变。三月，山阳、东平发生地震。汉章帝下罪己诏自省。九月，云南地区永昌哀牢夷叛变东汉政府。一直到次年，永昌、越巂、益州三郡之兵讨伐哀牢，才平定了叛乱。十月，武陵郡发兵讨伐叛蛮，大破蛮兵。十一月，阜陵王刘延谋反，汉章帝贬其为阜陵侯。

建初二年（77年）六月，烧当地区羌族人民反叛东汉朝廷，汉章帝派遣金城太守郝崇前去征讨，不幸失败，于是羌族大军进至汉阳。八月，汉章帝又派遣行车骑将军马防前去讨伐。

建初三年（78年）三月，汉章帝立贵人窦氏为皇后。大加赐爵、赏赐民众粮食。四月，行车骑将军马防在临洮一战击破烧当羌。十二月，册封马防为车骑将军。

建初四年（79年）四月，汉章帝立皇子刘庆为皇太子，并大加赏赐臣民。而且大封子弟为王。封汉明帝之子巨鹿王刘恭为江陵王，弟弟汝南王刘畅晋封为梁王，常山王刘昞为淮阳王。封皇子刘伉为千乘王，刘全为平春王。五月，汉章帝罢免车骑将军马防的职务，晋封司徒鲍昱为太尉，南阳太守桓虞为司徒。六月，汉明帝正妻皇太后马氏崩。七月，追謚为明德皇后。

章和二年（88年）二月三十日，刘炟在章德前殿去世，时年三十一岁，谥号孝章皇帝，庙号肃宗。遗诏不起寝庙，一概依照安葬汉明帝的制度。同年三月十八日，刘炟被安葬于敬陵（今河南洛阳东南）。

史称刘炟忠厚仁义，笃于亲系，而且其政令刑罚的确也是比较宽疏。例如依东汉制度，官员贪污要禁锢三世，即三代人都不準为官。刘炟废除这项制度。而刘炟对官员和贵族的赏赐，往往超过规定的限额，造成国家财政的困难，且把这些负担都转嫁到人民头上。可见刘炟之宽疏，并非完全建立在原则之上。

刘炟在位期间，行宽厚之政，除去以往一人犯谋逆等大罪则亲属皆受牵连的禁令。命罪人减刑迁到边境地区。禁用酷刑，以尚书陈宠之议，除刑罚残酷的条文五十余条。禁盐、铁私煮、私铸。注重选拔官吏，以得廉能之吏为政治清明的保证。打击豪强地主兼併土地，採取优惠政策募民垦荒，鼓励人口增殖，减轻徭役赋税。

建初八年（83年），选高才生受学《左氏春秋》《穀梁春秋》《古文尚书》《毛诗》。因经学家多分歧，集中诸卿、博士等于白虎观讲议五经同异，并命班固将讨论结果整理成书，名为《白虎通德论》（又称《白虎通议》《白虎通》），这部书系统地吸收了阴阳五行和谶纬之学，形成今文经学派的主要论点，是继董仲舒以来儒家神秘主义哲学的进一步发展。改革曆法，始用李梵等所作的《四分曆》。

汉明帝时，班超奉命出使西域，使西域诸部归服，中央政府在该地建立都护府。不过，该地仍是不断发生战乱，局势颇不平静。刘炟即位之初，边关再起纷乱，焉耆、龟兹、车师等联合北匈奴，攻打中央政府的军政驻地，形势颇为吃紧。刘炟召群臣商议对策，众人皆欲暂缓，惟有司徒鲍显力主马上增援。刘炟採纳鲍显的意见，派兵西进，解救了边关危机。不过对于是否继续经营西域，刘炟举棋不定，大臣们也有争论。由于确实存在人力和物力上的困难，刘炟最终还是放弃了西域，诏令滞留西域的汉朝人员回国。

这时班超住在疏勒国，也接到撤退的诏书，他收拾行装，备好马匹，準备返回久别的祖国。在西域生活多年，他有些依依不捨，西域人民也爱戴和尊敬他。听说班超要回国，疏勒国人民惊惶不安，因为班超对付匈奴有办法，班超一走，又要永无宁日了。疏勒都尉抽出长刀，满面流泪，对天长叹道：“汉朝使节弃我而去，我国必为匈奴所灭。与其翌日死亡，不如现今魂随汉使，送其尔归！”说罢，即引刀自刎。班超虽然也难捨难分，但王命在身，只好拨转东行。不久到了于阗国，于阗人民拦道迎接班超，听说他要东归，都失声痛哭，就近的人们伏地抱着班超坐骑的马腿，不让他离开。班超无奈，只好留下来，同时上书刘炟，请求他留屯西域。刘炟同意了班超的请求。

班超在西域团结各族人民，有效地遏止了北匈奴的侵扰。西域各国除龟兹外，都愿意臣服于汉。建初六年（81年），班超在疏勒上书汉章帝，请求派兵支援，降服龟兹，实现“断匈奴右臂”的战略意图。刘炟支持班超的计画，徵集吏士前往。适时有平陵人徐干自告奋勇地到朝中上书，愿意立功异域。刘炟大喜，立即命令他为假司马，率领一千多人组成的远征军，西去驰援班超。

在西域诸国中，乌孙最为强大，班超又请求刘炟遣使慰问乌孙国王。刘炟同意，派遣使臣前往乌孙。乌孙国王非常高兴，于建初八年（83年），派遣使者回访汉朝，表示友好。在西域，汉朝得到这样一个大国的支持，刘炟觉得非常称意。于是他提升班超为将兵长史，授予他代表东汉政府在西域行事的权力。由于同汉朝中央政府保持密切的联繫，特别是由于乌孙的内附，使班超在西域的威望大增。西域诸国都愿意接受班超的节制，这样就为以后的东汉政府再次打通同西域的密切交往铺平道路。

曹丕：明帝察察，章帝长者。

范晔：①章帝素知人厌明帝苛切，事从宽厚。感陈宠之义，除惨狱之科。深元元之爱，着胎养之令。奉承明德太后，尽心孝道。割裂名都，以崇建周亲。平徭简赋，而人赖其庆。又体之以忠恕，文之以礼乐。故乃蕃辅克谐，群后德让。谓之长者，不亦宜乎！在位十三年，郡国所上符瑞，合于图书者数百千所。乌呼懋哉！②肃宗济济，天性恺悌。于穆后德，谅惟渊体。左右艺文，斟酌律礼。思服帝道，弘此长懋。儒馆献歌，戎亭虚候。气调时豫，宪平人富。

薛莹：章帝以继世承平，天下无事，敬奉神明，友于兄弟，悉省徭赋，绥静兆民，除苛法，蠲禁锢，抑有仁贤之风矣。是以阴阳洽和，而百姓安乐；众瑞并集，不可胜载，考之图籍，有徵云尔。

袁崧：孝章皇帝宏裕有余，明断不足。闺房谗惑，外戚擅宠。惜乎！若明、章二主，损有余而补不足，则古之贤君矣。

钱时：章帝素号长者，愚谓章帝之病则正在不刚耳。

黄仁宇：严格讲来，东汉或后汉只有起首的三个君主能有所作为；此即光武帝刘秀之“中兴”，明帝刘庄的用严刑峻法巩固其帝国，并用各种建筑及仪礼使君权神秘化和美术化，与章帝刘坦之重申儒家宗旨，以加强施政时道德力量的支持。

刘炟是一位书法家，他的草书非常有名，后世流行的“章草”，据说就是由于刘炟的爱好而形成的一种书体。章草是早期的草书，始于汉代，“今草”的前身。由草写的隶书演变而成。与”今草”的区别主要是保留隶书笔法的形迹，上下字独立而不连写。

祖父：汉光武帝刘秀。

祖母：光烈皇后阴丽华。

父亲：汉明帝刘庄。

母亲：贾贵人

章德皇后（窦皇后）窦氏。

恭怀皇后（追封）梁氏（梁贵人），褒亲愍侯梁竦之女，生汉和帝刘肇。

敬隐皇后（追封）宋氏（宋贵人），生清河王刘庆。

窦贵人，章德皇后妹。

梁大贵人，恭怀皇后姐

申贵人，生济北惠王刘寿、河间孝王刘开

千乘哀王刘建

陈敬王刘羡

彭城靖王刘恭

乐成靖王刘党

下邳惠王刘衍

梁节王刘畅

淮阳顷王刘昞

济阴悼王刘长

获嘉长公主刘姬

平阳公主刘奴

隆虑公主刘迎

平氏公主刘次

沁水公主刘致

平皋公主刘小姬

浚仪公主刘仲

武安公主刘惠

鲁阳公主刘臣

乐平公主刘小迎

成安公主刘小民

千乘贞王刘伉 （其曾孙为汉质帝刘缵），母不详

平春悼王刘全，母不详，无后

清河孝王刘庆（其子为汉安帝刘祜、孙汉顺帝刘保、曾孙汉沖帝刘炳），母宋贵人

汉和帝刘肇（其子为汉殇帝刘隆），母梁贵人

济北惠王刘寿 （其子为东汉前少帝刘懿），母申贵人

河间孝王刘开 （其孙为汉桓帝刘志、曾孙为汉灵帝刘宏、玄孙汉后少帝刘辩和汉献帝刘协），母申贵人

城阳怀王刘淑，母不详，无后

广宗殇王刘万岁，母不详，无后

武德长公主刘男

平邑公主刘王，嫁黄门侍郎冯由

阴安公主刘吉