公元前196年，刘邦在亲征平定代地诸侯陈豨的叛乱后，立八岁的刘恒为代王，都于晋阳（今山西太原）。在代地的十五年期间，在母亲薄氏的教导下，刘恒与民休息，恭俭作则。公元前180年，24岁的汉文帝刘恒登上皇位，成为继汉高祖刘邦、汉文帝刘盈之后汉朝的第五位皇帝。母亲薄氏为太后，儿子刘启为太子，窦氏为皇后。
即位后，为巩固帝位，汉文帝先将功臣们封官晋爵（把陈平改封为左丞相，太尉周勃为右丞相，大将军灌婴为太尉），恢复了被吕后贬斥的刘姓王公的爵位和封地，后又逐渐将地位显赫的重臣（如周勃被文帝借口下狱，后因无罪被释放）进行权力解除。对于同姓的诸侯王，汉文帝采纳贾谊（曾给皇帝上书《陈政事疏》，又名《治安策》，去世时仅33岁）的建议，将诸侯王国的势力进行层层分封，逐步削弱。
期间，其弟淮南王刘长（刘邦第七子）举旗反叛，被汉文帝罢去王位后，在发配去蜀地的途中绝食而死。济北王刘兴居发动叛乱，汉文帝派兵镇压，刘兴居兵败自杀。
面对南越自主称王的赵佗，文帝下令为其父母坟墓守祀，给其兄弟加官封赏，让陆贾带书信前去劝和。赵佗被感化，恢复了和汉朝原有的友好关系。面对逐渐不满足于和亲政策，频繁骚扰汉军边境的匈奴，汉文帝采纳晁错“募民实边”的战略，即通过在城边建立城邑，鼓励人们前往迁徙，并且给予迁徙人民足够的物质以及粮食，来抵抗匈奴。这一策略大大减轻了汉朝的边境压力，在之后汉朝和匈奴进行正面大规模战争时发挥了重要作用。
文帝在位期间，废除了“连坐法”和“肉刑”，减轻农民租税，救助鳏寡独孤之人，通过亲自耕种鼓励百姓从事农田生产，为天下广积粮食，营造了安定团结、休养生息的政治局面。
公元前157年，46岁的汉文帝驾崩于未央宫，庙号太宗，谥号孝文皇帝，葬于霸陵。汉文帝曾经亲自为母亲薄太后尝药，深具孝心，是《二十四孝》中“亲尝汤药“的主角。
