早年经历

刘义真是晋末权臣刘裕的次子，生得相貌俊美，神情清秀。他在义熙九年（413年）九月时因父亲此前讨平南燕、卢循之功，被晋廷封为桂阳县公，食邑一千户。

义熙十二年（416年），刘裕北伐，并于次年（417年）八月攻灭后秦，夺取长安（治今陕西西安西北）。刘义真时年仅十余岁，也随北伐大军进入长安。晋廷曾授其为员外散骑常侍，但他没有接受任命。

丢失关中

刘裕在攻灭后秦后，本欲经略关中，继续北伐。但留守国都建康的宰相刘穆之却于此时病逝。刘裕担心后方不稳，于是由长安南归建康。当时，随军诸将多有归意。刘裕认为“止留偏将，不足镇固人心”，遂将刘义真留在关中，授为雍州、东秦州二州刺史，加安西将军、领护西戎校尉。他又以谘议参军王修为安西长史，“委以关中之任”，辅佐刘义真镇守长安。

夏主赫连勃勃得知刘裕南归，和宰相王买德都认为刘裕已无恢复中原之意，于是亲率大军向长安进发。刘义真命司马王镇恶、中兵参军沈田子出兵抵御夏军。沈田子却与王镇恶起了内讧。他在军中谋杀了王镇恶，随后又被王修处死。而王修因多次裁减刘义真对左右亲信随意的赏赐，遭到了他们的嫉恨。刘义真竟听信谗言，命人处死了王修。一时间关中大乱，人心离散，各自为政。

夏军不久便逼近长安，关中各郡县纷纷投降。刘义真忙将驻防在外的军队全部调入长安城中，闭城据守。当时，刘裕闻听关中之变，忙命刘义真撤往洛阳，又以朱龄石为雍州刺史，接替刘义真镇守长安。但刘义真却纵容部下在长安周围大肆劫掠，满载财物、美女，一日行军不过十里，缓慢东撤。傅弘之劝其弃车轻装疾行，但不为采纳。

夏军很快便追上了刘义真一行。辅国将军蒯恩拼死断后，掩护刘义真撤退，最终在青泥（在今陕西蓝田）被夏军击溃。蒯恩与傅弘之、安西司马毛脩之全部被夏军擒获。刘义真逃在最前，又因天色已晚，夏军未再穷追，这才幸免于难。而此时，晋军因刘义真纵兵劫掠一事，在长安民心尽失。朱龄石只得撤出长安。赫连勃勃进驻长安，不久又遣军擒杀了朱龄石，随后便在长安正式称帝。时为义熙十四年（418年）十一月。关中之地至此尽为夏国所有。刘裕虽欲再次北伐，但却为谢晦等谋臣所劝阻，只能登上城头，望北而哭。但他对刘义真并未严惩，只是将其降为建威将军、司州刺史。

封王外镇

元熙元年（419年），刘裕进爵宋王，都于寿阳（治今安徽寿县）。其所领扬州刺史一职由刘义真接任。刘义真镇守石头城（在今江苏南京清凉山一带）。当时，刘裕的继母萧文寿以刘义真年幼，建议由己子刘道怜（刘裕异母弟）担任扬州刺史。刘裕却道：“正因为义真年幼，故而他虽为刺史，但扬州大小事务都还是由我作主。这一点是道怜所做不到的。”

永初元年（420年），刘裕代晋称帝，建立南朝宋，史称宋武帝。刘义真被封为庐陵王，食邑三千户，并移镇东府城（在今南京秦淮区通济门附近）。他于次年（421年）又进拜司徒。

永初三年（422年），刘裕命刘义真出镇历阳（南豫州州治，在今安徽和县），授为侍中、车骑将军、开府仪同三司、南豫州刺史，并以使持节的身份都督南豫州、豫州、雍州、司州、秦州、并州六州诸军事。不久，刘裕病逝。太子刘义符即位，史称宋少帝，由谢晦与宰相徐羡之、傅亮辅政。

被废及遇害

刘义真与谢灵运、颜延之、慧琳道人等人有很深的交情，但与朝中重臣徐羡之不和。少帝刘义符无道，辅政大臣徐羡之、傅亮等人密谋废掉刘义符的皇位。由于刘义真是武帝的次子，按次序当立他为帝。徐羡之不想立他，以他与少帝不和睦的罪名，于宋少帝景平二年正月癸巳（424年2月16日）将刘义真废为庶人，徙往新安郡。同年六月癸未（424年7月15日），刘义真被徐羡之派人杀害，年仅十八岁。

元嘉三年（426年），宋文帝刘义隆以弑君的罪名诛杀了徐羡之等人，恢复了刘义真的爵位，谥号孝献王。