刘庄原名刘阳，是汉光武帝刘秀的第四子，母亲为阴丽华。他自幼喜欢读书，十岁时便能通晓《春秋》。建武十五年，发生“度田事件”，刘秀看到陈留郡官吏简牍上的字不明其意，十二岁的刘庄却指出是郡里官吏教陈留吏如何核查土地，还解释了河南、南阳不能认真核查的原因，刘秀对他愈发喜爱。建武十九年，刘庄被立为太子。

刘庄在位期间多次下诏赐予人民爵位，减免赋税徭役，减轻刑罚。如即位不久就赐天下男子爵位，鳏、寡、孤、独、患绝症的发粟十斛等。还责令官吏劝督农桑，治理病虫害，治理水患。

他对官吏的任用罢免升迁流程要求严格，强调慎重选举官吏，以政绩作为升迁依据。对不法官吏严惩，如开国功臣窦融儿子依仗权势干预政事，被明帝关进监狱致死。

中元二年，烧当羌入寇陇西，刘庄先派张鸿讨伐，张鸿战败阵亡后又派窦固监督马武等讨伐。永平元年，马武大败烧当羌。此外，还平定了乌桓、越巂姑复夷的叛乱，以及楚王刘英、淮阳王刘延的谋反。

永平十五年，刘庄派遣窦固和耿秉率军驻扎凉州，对北匈奴展开进攻。十六年，窦固率军出酒泉，在天山击败匈奴呼衍王。随后班超等人在鄯善、于阗等地击败亲匈奴势力。十七年，窦固、耿秉再次出击，击败北匈奴于蒲类海，在龟兹、车师等地恢复汉朝对西域的统治，重新设立西域都护和戊己校尉。

永平十年，刘庄遣使蔡愔、秦景赴天竺求法，迎回高僧摄摩腾、竺法兰及佛经佛像，在洛阳建白马寺，翻译《四十二章经》，标志着佛教正式传入中原。

公元75年，刘庄去世，享年四十八岁，庙号显宗，谥号孝明皇帝，葬于显节陵。他在位期间励精图治，使得社会稳定，人民安居乐业，人口增长，国力迅速发展，与其子汉章帝时期并称为“明章之治”。