漢高祖劉邦，字季（一說小名劉季），周赧王五十九年（公元前256年）出生於沛郡豐邑（今江蘇豐縣）中陽里的一個小康之家。父親名瑞，兄弟四人，高祖排行老三，長兄名伯，次兄名仲，少弟名交。青年時被擁立為「沛公」，漢王元年（公元前206年）被項羽立為漢王；漢王五年正式稱帝，國號為漢。是前漢王朝第一代皇帝，廟號「高祖」。
劉邦小時候也讀過一些書，但他絕非本分的讀書人。他性格豁達粗獷，待人寬厚。平時很少參加家庭農業生產，他的父親曾為此多次責備他。到青年時代，秦始皇已經統一全國，他通過考試當上了秦的泗水亭長，並與郡縣小吏關係非常親密。但他這時也成了一個酒色之徒。後來被他封為齊王的大兒子劉肥的母親曹氏當時就是他的外婦。
儘管劉邦在生活上有失檢點，但胸懷大志。有一次，他押送夫役到首都咸陽，正碰上秦始皇出行，看到秦始皇威風凜凜地坐在儀仗護衛的車中，他便讚歎說：「唉，大丈夫就應該像這個樣子！」
從咸陽回來後不久，劉邦就結了婚。妻子是單父（今山東單縣南）人呂公的女兒。呂公原來不住在沛縣，因為和沛縣的縣令關係好，為躲避仇家而搬到沛縣。呂公剛到沛縣時，縣裡的豪傑吏曹聽說他是縣令的貴客，都來拜賀。當時蕭何在沛縣任主吏，他主辦宴會，向來客宣布：「凡賀禮不滿一千錢，都坐在堂下。」劉邦也是賀客之一，他根本沒帶錢，卻對傳達說：「我賀錢一萬。」傳達去告訴呂公，呂公急忙親自下堂迎接。呂公看到劉邦後，覺得他相貌氣度非凡，對他十分敬重，就拉他入席就坐。酒後，呂公示意劉邦留下，提出願意把自己的女兒嫁給他。這對劉邦來說是求之不得，因此和呂公的女兒就成婚了。呂公的這個女兒就是後來歷史上著名的呂后。她為高祖生了一兒一女，女兒後來稱魯元公主，兒子就是漢惠帝。
劉邦成家後，為了照顧家庭，不得不常常告假回家幫著干一些農活。有一次，呂后和女兒正在田中薅草，一個過路老人因向呂后討水喝，便恭維說，他們都生得「貴相」。老人走後，劉邦也來到田中，呂后把相面之事告訴他，他馬上追上那位老人，請他也為自己相面。老人說：「剛才你夫人和兒女所以是貴相，就是因為像你，你的相貴不可言。」劉邦聽了非常高興，他對老人道謝說：「如果真像你老人家所說那樣，我一定不會忘記你的大德。」秦王朝末年，秦始皇修驪山墓需要大批勞力，劉邦受命以亭長身份押送刑徒到驪山。在押送的路上，刑徒們紛紛逃亡。劉邦估計到了驪山，這些刑徒差不多要跑光。一天，走到豐邑西邊的大澤里，停下來休息時，劉邦喝多了酒，仗著酒勁就把刑徒身上的繩索解開，對他們說：「你們都逃命吧，我也從此逃亡了！」當時有十幾個刑徒願意跟著劉邦走，劉邦就連夜帶著他們從大澤里逃亡。當時他命令一個人在前面探路，這個人很快回報說：「前面有一條大蛇擋在路上，我們還是回去再找路吧。」劉邦這時已經醉得不行，他大聲呵斥說：「我們勇士走路，怕什麼！」於是他衝到前面開路，拔出劍把那條蛇一斬兩段。又走了幾里路後，劉邦酒性發作，在路旁躺下。後面的人走到蛇死的地方，看見一位老太婆在痛哭，問她為什麼哭，她說：「有人殺了我的兒子。」又問：「你的兒子為什麼被殺？」她說：「我的兒子是白帝的兒子，他變化成蛇，橫在路上，剛才被赤帝的兒子斬殺，我所以哭。」人們當時都以為這個老太婆是說胡話，就想拿她開心，可是老太婆卻突然隱身不見了。後來的人繼續向前走，碰到劉邦，他的酒已經醒了，於是他們把此事告訴了他。劉邦心裡暗喜，並以此自恃，使得那些跟從他的刑徒對他更加敬畏。
早先的時候，秦始皇就經常說：「東南有天子氣。」所以他曾經多次東巡，試圖來鎮住這種雲氣。劉邦殺了大蛇，又聽說了那種神異之事，就開始懷疑始皇是沖著自己來的。因此，他帶著那些願意跟從他的刑徒逃亡到芒、碭山區（今河南永城縣東北），藏了起來。但就是這樣，呂后和其他人去尋找他，也常常能夠很快找到。劉邦很奇怪，就問她原因。呂后說：「你藏身的地方，天空上經常有五彩祥雲，所以我一找就能找到。」劉邦很高興，把此事向人們悄悄宣傳，沛縣及附近的青年人聽說後，很多都願意跟從他。這樣一來，劉邦利用迷信和自己的為人網羅了一批人在自己周圍，成為當時人們公認的沛中豪傑。
秦二世元年（公元前209年）七月，陳勝、吳廣在大澤鄉（今安徽宿縣西南）發動起義，在攻下陳（今河南淮陽）後，陳勝稱「王」，建立了「張楚」政權。沛縣縣令想響應陳勝來保全自己，劉邦好友沛縣主吏蕭何、獄掾曹參就向縣令建議說：「你是秦朝的官吏，現在想背叛秦朝，領著沛中子弟起兵，他們恐怕不會聽你的。最好還是把那些逃亡在外的人召回來，能聚集幾百人，這樣大家就不會不聽話了。」縣令表示同意，他讓呂后的妹夫樊噲去找劉邦。劉邦這時已經聚集了好幾百人，於是就和樊噲一起回到沛城。但劉邦還沒到沛城，縣令又開始後悔，害怕劉邦進城會殺掉自己，因此緊閉城門，並打算殺掉蕭何、曹參。蕭何、曹參聞訊後，急忙越城逃到劉邦處。劉邦進不了城，就寫一封信射到城裡，號召沛城父老殺掉縣令。響應各路義軍。城中人民對縣令出爾反爾非常憤恨，加上不滿他平日魚肉百姓，於是殺了縣令，開門迎接劉邦，並想推舉他為縣令，蕭何、曹參等也都一致推讓劉邦。許多父老也說：「我們早就聽到了許多關於你的神奇事，你肯定要成為貴人，還是由你來領導最好。」劉邦一再推辭，最後被大家擁立為「沛公」。劉邦在縣令的衙門中，設壇祭祀，並宣稱自己是赤帝之子，因而樹起紅色大旗，正式宣布起兵反秦。接著，蕭何、曹參和樊噲等人分頭去招兵買馬，沛中子弟踴躍參加，隊伍很快發展到了兩三千人。這時是秦二世元年的九月，劉邦已經48歲。
在劉邦在沛城起兵的同時，原楚國貴族的後裔項梁、項羽叔侄也在吳中起兵（今江蘇吳縣）。他們殺了會稽郡守，很快組成了一支8000人的江東子弟兵。其他一些六國貴族也都紛紛起兵，自立為王。
秦二世元年（公元前207年）十二月，陳勝被車夫庄賈所殺。次年六月，項梁知道陳勝確實已死，就在薛縣召集各部將領，立了楚懷王的孫子心為楚懷王，定都盱眙（今江蘇盱眙）。這時，秦大將章邯已經攻滅了魏國和齊國。到了七月，楚軍經過休整，開始向秦國反攻。楚軍連連勝利，項梁被勝利沖昏了頭腦，驕傲起來，別人進諫也不聽。九月，章邯得到秦關中的援兵後，乘項梁不備，突然夜襲定陶。結果楚軍大敗，項梁被殺。章邯在擊殺項梁後，認為楚國已不再構成威脅，就渡河進攻趙國。趙王向楚懷王求救。接到趙國的求援信，楚懷王和眾將商討，決定分兵兩路：一路以宋義為上將軍，項羽為次將，范增為末將，北上救趙；一路以劉邦為將西進關中。最初，楚懷王曾和諸將約定：「先入定關中者王之。」但由於秦軍強大，許多將領都不願意搶著入關。只有項羽為了給項梁報仇，要求和劉邦一起入關。楚懷王和老將們考慮項羽為人剽悍殘酷，不如劉邦寬厚。所以最終他們沒有同意項羽的要求，還是派劉邦獨自率軍入關。
經過連番征戰，漢王元年（公元前206年）八月，劉邦攻入武關，向咸陽逼近。秦相趙高殺死二世，派人向劉邦求和，被劉邦拒絕。九月，秦王子嬰即位，他誅滅趙高，派兵在嶢關抵擋劉邦。劉邦率軍繞過嶢關向秦國進攻，在藍田之南打敗秦軍，接著到藍田又大破秦軍。十月，劉邦即進抵咸陽東郊灞上（今陝西西安東）。秦王子嬰被迫乘坐素車白馬，用帶子系著頸，捧著璽印向劉邦投降。秦王朝滅亡。
十月，劉邦進入咸陽。當時他以「關中王」自居，準備就住在宮中，好好享受一番。樊噲提醒他這將重蹈秦的覆轍，他卻不以為然。因此張良又再次進諫說：「秦王朝的統治是殘暴無道，所以才能使你進入關中。你想為天下除去殘暴，自己首先就必須以樸素為本。現在剛剛入秦，卻安於享樂，這是所謂『助桀為虐』，況且，『忠言逆耳利於行，良藥苦口利於病』。樊噲講的話雖有些難聽，但為了奪取天下，我希望你還是聽從他的勸告。」這樣，劉邦才聽從了他們的勸告，「乃封秦重寶財物府庫，還軍霸上」。只有蕭何帶著「秦丞相御史律令圖書」回到軍中。
十一月，劉邦召集各縣一些有名望的人士，向他們宣布：「我們這次入關，目的是要推翻秦的暴政。我們不會侵暴你們，不要害怕！你們苦於秦的苛法已經很久，誹謗者族，偶語者棄市。我曾與諸侯約定，先入關者做關中王，我應該做關中王。所以我現在和你們約法三章：殺人者死，傷人及盜抵罪。原來的秦法一律廢除，所有官吏和行政也都保留。」劉邦派人和秦朝原來的官吏一齊到各縣鄉邑去宣傳。老百姓聽說後非常高興，都紛紛帶著牛羊酒肉來慰問義軍。劉邦辭讓說：「倉庫里的糧食很多，我不能讓你們破費。」老百姓更加高興，惟恐劉邦不做關中王。