汉宣帝长子，生于民间，母许平君。
宣帝死后继位，在位16年即前48年～前33年。
刘奭于宣帝在位时被立为太子，但因为他曾经向宣帝进言“持刑太深，宜用儒生”，而不被宣帝所喜爱。
宣帝甚至预言“乱我家者，必太子也”，但顾念他是发妻许平君的儿子而没有褫夺他的太子之位。
宣帝病死后继位之第二年(前48年)改年号为“初元”，在位时期“崇尚儒术”，多次出兵击溃匈奴。
建昭三年(前36年)，汉将甘延寿、陈汤诛郅支单于于康居。
至此，唯一反汉的匈奴单于被消灭了。
汉匈百年大战于此告终。
竟宁元年(前33年)，匈奴呼韩邪单于入朝求亲。
刘奭以宫女王昭君嫁之为妻。
此时的汉朝比较强盛，人口数达到中国封建社会前期的顶峰，但也是衰落的起点。
刘奭在位期间，豪强大地主兼并之风盛行，中央集权逐渐削弱，社会危机日益加深。
又由于汉元帝过于放纵外戚、宦官，最终导致西汉的灭亡。
竟宁元年(前33年)，病死于长安未央宫，终年44岁。
葬于渭陵。
死后庙号高宗，谥号孝元皇帝。
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