刘炟生于建武中元二年（公元57年），是汉明帝刘庄的第五个儿子，生母是贾贵人。永平三年（公元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（公元75年）八月初六日，汉明帝去世，刘炟即皇帝位，时年十九岁，是为汉章帝，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。
章和二年（公元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）。
政宽刑疏：史称，刘炟忠厚仁义，笃于亲系，其政令刑罚的确也是比较宽疏。譬如，依东汉制度，官员贪污要禁锢三世，即三代人都不准为官。刘炟废除这项制度。但是，刘炟对官员和贵族的赏赐，往往超过规定的限额，从而造成国家财政的困难，却把这些负担都转嫁到百姓头上。可见，刘炟之宽疏，并非完全建立在制度原则之上。
刘炟的一些政令刑罚，有时也并非建立在事实基础上，而是建立在灾祥谶纬之学上。建初元年（公元76年），兖、豫、徐等州发生严重的旱灾，赤地千里，饥民遍野。刘炟一方面调集国库粮食紧急救援饥饿中的百姓；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。现在不如赦免这些刑徒，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。
禁除酷刑：刘炟在位期间，行宽厚之政，废除了以往一人犯谋逆等大罪，亲属皆受牵连的法令，改命罪人减刑迁到边境地区。批准尚书陈宠之议，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。打击豪强地主兼并土地，采取优惠政策募民垦荒，鼓励人口增殖，减轻徭役赋税。
提倡儒学：建初八年（公元83年），选高材生受学《左氏春秋》、《谷梁春秋》、《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。
改革历法，始用李梵等所作的《四分历》。
维护丝路：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。汉章帝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。刘炟采纳鲍显的意见，派兵西进，解救了边关危机。
不过，对于是否继续经营西域，刘炟是举棋不定，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。