劉基天資聰慧，好學習，由父親啟蒙識字。閱讀速度極快，據說七行俱下。12歲考中秀才，鄉間父老皆稱其為“神童”。
至順四年（1333年），舉進士，授江西高安縣丞。后任江西行省職官掾史、江浙行省儒學副提舉、浙東元帥府都事、江浙行省都事、郎中等職。因遭排擠憤而辭官，回鄉隱居著述。
至元二年（1336年），才被元朝政府授為江西高安縣丞（正八品），協助縣令處理政務。他勤于職守，執法嚴明，很快就做出了政績。
至元六年（1340年），劉基離開江西，返回青田，隱居力學。
至正六年（1346年），劉基曾赴大都，意在北上干謁，但收效甚微，僅得從七品江浙儒學副提舉。
至正二十年（1360年），應朱元璋之請，至應天（今南京），任謀臣，參與機要決策。針對當時形勢，提出時務十八策，被采納，后又陸續陳策。朱元璋稱帝后，任御史中丞兼太史令，參與制定歷法、奏立軍衛法。
至正二十七年（1367年），參與制定朱元璋的滅元方略，并得以實現。共參與軍機八年，籌劃全局。
吳元年（1367年），朱元璋以劉基為太史令，劉基呈上《戊申大統歷》。
洪武三年（1370年），太祖授劉基為弘文館學士，十一月，大封功臣，又授劉基為開國翊運守正文臣、資善大夫、上護軍，封誠意伯，食祿二百四十石。第二年，賜劉基還歸家鄉。
洪武四年（1371年），因與左丞相胡惟庸交惡，被胡所譖，賜歸鄉里。
洪武八年（1375年），患病而死。
明武宗正德八年(1513年)，朝廷贈他為太師，謚號文成。
明世宗嘉靖十年（1531年），朝廷再度討論劉基的功績，并決議劉伯溫應該和徐達等開國功臣一樣，配享太廟。
《誠意伯文集》20卷傳世，收有賦、騷、詩、詞1600余首，各種文體文230余篇，《郁離子》《復瓿集》《寫情集》《犁眉公集》《春秋明經》《賣柑者言》《活水源記》《百戰奇略》《時務十八策》及詩詞《春蠶》《五月十九日大雨》《旅興》《薤露歌》《美人燒香圖》《蜀國弦》《梁甫吟》等
劉基在輔助朱元璋消滅群雄、推翻元朝、建立明朝的歷史活動中發揮了智囊的作用，做出了巨大的貢獻。
施德政、得民心是劉基治國思想的核心，也是他建功立業的思想理論依據。民本思想是劉基德政的出發點，不僅具有政治性，而且還有經濟性，是統治者施政的基本方針，并通過生產實踐和一生的親民行動為表率。
劉基的儒學思想對明初的學風產生了直接影響，其融會理學諸派，體現了明初思想的特征，影響了明初學術思想的走向。他的理氣觀針對宋元理學視域下宇宙生成論、哲學本體論意義而言，即哲學層面的"元氣說"。
對于消滅陳友諒和張士誠的先后問題上，劉基正確分析了當時的軍事形勢提出先滅陳友諒再取張士誠的正確建議，為朱元璋殲滅群雄起了決定性的作用。劉基輔佐朱元璋完成帝業、開創明朝并盡力保持國家的安定，被后人比作諸葛武侯。朱元璋稱劉基為“吾之子房也”。中國民間廣泛流傳著“三分天下諸葛亮，一統江山劉伯溫；前朝軍師諸葛亮，后朝軍師劉伯溫的說法。
明朝建立后，劉基建議實行的衛所制度，加強了皇帝對軍隊的控制，對于鞏固中央集權起到了重要作用。
劉基一直來主張對民眾要教化，使其明法懂法，劉基對《大明律》的制定，也起到重要的的作用。
在依法治國方面劉基有著自己獨到的見解，劉基認為法治是一個國家長治久安的有力保證，法律的制定要相對寬松，但是在執行時一定要嚴格執法，特別是對執法者提出了更高的要求。劉基的法律思想在當時的社會制度下，對打破中國古代“人治”傳統，并使法律日益走向客觀、公正具有不可低估的重要作用，符合法律制度發展的進步趨勢。
劉基是元明鼎革之際一位舉足輕重的詩文大家，其詩文理論力主諷喻之說，提倡理、氣并重，重視時代風格。劉基為晚明諷刺小品的勃興也起了先導作用，重視文學之于社會的能動作用，其經世致用的文學思想對于掃蕩元季文壇纖弱之風，為明初新一代文風之振起，在理論上起了開道的作用。
劉基以詩議政，體現了作者強烈的參政意識和批判精神，其所議論的范圍包括元季至正年間吏治、軍政等種種社會弊端。從詩歌的淵源角度考察，以詩議政，客觀上承續宋人“以議論為詩”之傳統，主觀上則因其固有的經世致用的文學觀念使然。詩作情、理兼具，既有社會認識價值，又有藝術審美價值。
劉基將詞作為抒情言志的重要工具，題材廣泛，內容豐厚，藝術上長于興寄，長于鋪敘，且善于用典。描景狀物秀麗入神，造語精工典雅，詞風以婉麗為主。
劉基的寓言文學不僅內容博大精深，還闡明了他的政治、經濟、軍事、哲學、倫理、道德等觀點，還表現了他的審美觀和價值觀。
揭傒斯：此魏征之流而特過之，將來濟時器也。
楊守陳《重鋟誠意伯文集序》：“漢以降，佐命元勛多崛起草莽甲兵間，諳文墨者殊鮮，子房之策不見辭章，玄齡之文僅辦符檄，未見樹開國之勛業而兼傳世之文章如公者，公可謂千古之人豪矣。”
沈德潛在《明詩別裁》中說：“元代詩都尚辭華，文成獨標高格，時欲追韓杜，故超然獨勝，允為一代之冠。”
《明史》：“所為文章，氣昌而奇，與宋濂并為一代之宗?！?/p>
《明史》：“基、濂學術醇深，文章古茂，同為一代宗工。而基則運籌帷幄，濂則從容輔導，于開國之初，敷陳王道，忠誠恪慎，卓哉佐命臣也。至溢之宣力封疆，琛之致命遂志，宏才大節，建豎偉然，洵不負弓旌之德意矣?！?/p>
蔡元培：“時勢造英雄，帷幄奇謀，功冠有明一代?！?/p>
奧野純：“際會風云，平定海宇，既辟一代之規模，又闡一代之文章，蓋誠意伯劉公一人而已矣。”
民間諺語：“三分天下諸葛亮，一統江山劉伯溫；前節軍事諸葛亮，后世軍事劉伯溫?！?/p>
朱元璋：“（劉基）學貫天人，資兼文武；其氣剛正，其才宏博。議論之頃，馳騁乎千古；擾攘之際，控御乎一方?？犊娪?，首陳遠略；經邦綱目，用兵后先。卿能言之，朕能審而用之，式克至于今日。凡所建明，悉有成效?！?/p>
《四庫全書總目提要》：“其詩沉郁頓挫，自成一家，足與高啟相抗”。
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