刘焉初以汉朝宗室身份，拜为中郎，历任雒阳令、冀州刺史、南阳太守、宗正。正值天下大乱，政治衰颓，刘焉见益州刺史郄俭贪婪失政，遂向汉廷求为益州牧，汉灵帝便任其为监军使者、益州牧，封爵阳城侯。到任后优容豪强，安抚士庶。与五斗米教首领张鲁多有往来，使张鲁得以进据汉中，斩杀汉使，截断交通，刘焉乘势中止了与朝廷的往来。初平二年（191年），刘焉造皇帝专用的乘舆车具千余辆，荆州牧刘表上言朝廷称其图谋不轨。兴平元年（194年），刘焉与在朝中的长子左中郎将刘范及征西将军马腾策划进攻长安，事败，长子刘范与次子刘诞皆被杀，议郎庞羲送刘焉孙辈入蜀，不久刘焉便发背疮而死。 [27] [28] [29]
刘焉割据益州地区期间，益州外来移民所带来的生产技术促进了巴蜀地区经济的发展，移民社会所呈现的多姿多彩的文化、习俗必然对四川社会产生一定的影响。刘焉也向朝廷提出了影响中国历史的重要建议，即“废史立牧”。朝廷采纳了这一建议，包括刘焉在内的州牧上任后基本就不再受朝廷的控制，结果却造成了各地军阀割据混战的局面。其公文作有《荐任安表》等。 [30-31]
中平五年（188年），刘焉目睹汉灵帝治下朝纲混乱、王室衰微的状况，故而向朝廷建议说：“刺史、太守行贿买官，盘剥百姓，招致众叛亲离。应该挑选那些清廉的朝中要员去担任地方州郡长官，借以镇守安定天下。”他本人自请充任交州牧，意欲借此躲避世乱。 [3] [33]
三国志大战3刘焉形象归谅朵懂“五斗米道”首领张鲁的母亲长相美丽，加上懂得神鬼邪说，和刘焉家有往来，刘焉就任命张鲁为督义司马，与别部司马张修一起进攻汉中郡，杀汉中太守苏固。张鲁在汉中得势后，却杀死张修，截断交通，斩杀汉使，刘张两家由此结怨。刘焉则以米贼作乱阻隔交通为由，从此中断与中央朝廷的联络。他进一步对内打击地方豪强，找理由杀死王咸、李权等十几人，以巩固自身势力，益州因而处于半独立的状态。天下诸侯讨伐权臣董卓之时，刘焉也拒不出兵，保州自守。 [5-6]
初平二年（191年），犍为太守任岐不满刘焉诛杀州中豪强，于是自称将军，与从事陈超举兵攻打刘焉。董卓令赵谦率兵向益州，说服贾龙起兵攻刘焉。任岐、贾龙火烧成都邑下，刘焉派出青羌兵迎战，击杀了任岐、贾龙。自此刘焉意气渐盛，更造作乘舆车具（天子所用的车架）千余辆，僣拟至尊。后来荆州牧刘表上言朝廷，柜战格称刘焉“有似子夏在西河疑圣人之论（意指其图谋不轨）”。 [5-6] [11] [36-37]
中原大乱之下，南阳、三辅一带有数万户流民进入益州，刘焉悉数收编，称为“东州泪迎捉兵”。这支军力在刘璋继任后，虽然侵暴百姓并引起了不少民患，甚至有一部分参与了反叛，但是也成为平定赵韪内乱的决定性力量。 [7-10]
刘焉有四子，长子左中郎将刘范、次子治书侍御史刘诞、幼子奉车都尉刘璋都留在京城跟随献帝，唯独第三子别部司马刘瑁跟随刘焉。刘焉得乘驼知陈留人吴懿之妹有大贵之相，就让刘瑁娶吴氏。刘焉在益州，不受权臣董卓调遣，董卓便收捕刘范兄弟三人，在郿坞私设牢房来关押他们。后来，刘焉自称生病请召刘璋，刘璋又上表请求探望刘焉，献帝便派遣刘璋带着诏书入蜀告谕刘焉，结果刘焉把他留下不再返回朝中。 [38-40]
兴平元年（194年），征西将军马腾有私事求于权臣李傕，未被同意，于是与刘焉、刘范共谋进攻长安。刘范等人密谋为项旬寻马腾内应，但事情败露，刘范逃到马腾营中，请刘焉发兵。刘焉让校尉孙肇率五千兵前去相助，结果战败，刘范死于长平观 [44]（一说刘范逃奔槐里，在城破后被杀），刘诞也遭到牵连遇害。议郎庞羲与刘焉通家，因此主动送刘焉的几个孙子入蜀。此时绵竹发生大火，刘焉的城府被焚烧，所造车乘也被烧得一干二净，四周民房亦受其害，刘焉不得已迁州治到成都。因为伤心死去的两个儿子，又担忧灾祸，不久便发背疮而死。 [12] [41-43]
在汉王朝政权衰落天下大乱之时，刘焉向朝廷提出了一个影响三国历史的重大建议，即用宗室、重臣为州牧，在地方上凌驾于刺史、太守之上，独揽大权以安定百姓，史称“废史立牧”。朝廷采纳了这一建议，但是结果却造成了各地割据军阀的形成，包括刘焉在内的州牧上任后基本就不再受朝廷的控制。
陈寿：“昔魏豹闻许负之言则纳薄姬于室，刘歆见图谶之文则名字改易，终于不免其身，而庆钟二主。此则神明不可虚要，天命不可妄冀，必然之验也。而刘焉闻董扶之辞则心存益土，听相者之言则求婚吴氏，遽造舆服，图窃神器，其惑甚矣。” [13]
郝经：“焉利本颠，堕剥维城。”
柳从辰：“卓虽受诛，豪杰并起，跨州连郡如刘虞、公孙瓒、陶谦、袁绍、刘表、刘焉、袁术、吕布者，皆尝雄视一时，其权力犹足匡正帝室。” [16]
刘某，刘焉之父，为长沙郡太守，葬在荆州。 [18]
刘诞，次子，治书御史，与刘范一起被杀。
刘循，刘璋长子，曾经在刘备攻益州时，在雒城驻守抵抗刘备的攻势长达一年，刘璋投降后，由于岳父庞羲的推荐，一直在蜀汉任职，拜为奉车中郎将。
刘阐，刘璋次子，一名纬，随父刘璋流放荆州，后来刘备失荆州，刘阐曾经于蜀汉雍闿等地作乱之时，再被东吴任命为益州刺史，驻守在交州、益州边境。诸葛亮平南蛮后归吴，官至御史中丞。
刘氏，刘璋之女，嫁费观。 [48]
