刘恕字道原，筠州人。从小聪颖悟性高，读书一遍即能背诵出来。八岁时，刘恕听到家里来客中有人说孔子没有兄弟，于是马上接过话题说：“以其兄之子妻之。”使在座的人都感到很惊异。刘恕十三岁的时候准备应试制科，于是向人借了《汉书》和《唐书》，只用一个月的时间就阅完了。刘恕拜谒丞相晏殊，反复向晏殊提出一些问题，使得晏殊茫然不知作答。刘恕在巨鹿时，被朝廷召用，并以重礼相待，他在讲解《春秋》时，丞相晏殊亲自率官属前去洗耳恭听。刘恕未受成人冠礼前，参加进士应考。当时皇帝有诏说，能讲经义的人单列考试，所以刘恕和其他数十人得以应诏。在应考中，刘恕以《春秋》、《礼记》对答，他先列出有关《春秋》、《礼记》的注疏，接着援引先儒们的各派学说，最后提出自己的观点和见解，对于试题中的二十个提问，刘恕都以这种形式作答，主考官因此而十分惊异他的才华，擢其为第一名。其他文章也不错，但廷试时不中格，所以下国子试讲经，刘恕又得第一名，因而被赐进士第。其后，刘恕被调任巨鹿主簿、和川令。任职期间，他大胆揭发奸邪，使之无可隐藏。一时间，许多有能力的官吏都自愧不如刘恕。刘恕为人重义气，讲信用。当时郡守得罪被弹劾，属吏皆连坐而下狱，刘恕对他们的妻子儿女独行抚恤，有如对待自己的骨肉。还当面数落转运使夸大言辞、处置不当。
刘恕特别爱好史学，从太史公所记起，到后周显德末年，除纪传之外以至于私记杂说，无所不览。上下数千年之史事无论大小，皆了如指掌。司马光编《资治通鉴》时，宋英宗命司马光自己选择馆阁中的英才与之共修。司马光对英宗说“：馆阁文学之士诚然很多，至于专精史学者，据我所知只有刘恕一个人。”于是司马光将刘恕召为局僚，凡遇到纷错难治的史事，皆委其考证。刘恕对魏晋及以后历史最为精熟，其考证也最为得心应手。
王安石与刘恕有隔阂。在变法过程中，王安石欲引刘恕置三司条例，刘恕辞而不就，并劝王安石要发扬尧舜之道以辅佐皇帝，而不应该以利为先。还条陈王安石恢复旧法。甚至当面指责王安石之过，气得王安石脸色铁青。刘恕还在大庭广众之中，大声攻击王安石之过，毫无所避。这样一来，刘恕与王安石的关系完全断绝了。当时王安石意气用事，对持不同意见的人加以排挤，造成人人自危的情景，所以有些开始反对变法的人后来终于附合王安石，有些当面赞扬变法的人却在背地里捣王安石的鬼，至于口是心非者更是比比皆是。但刘恕却能始终无所顾忌，不计得失，敢于直接指责王安石变法之误。
司马光出知永兴军时，刘恕以亲人年老为由，求监南康军酒税以就养，朝廷允许他带官修书。司马光判西京御史台，刘恕请求到司马光处走一走，后在那儿留住数月而归，可是在途中得中风之疾，以至于右手右足偏瘫。但刘恕仍然苦学如常，且修书不辍，直到病情危急时才停止。刘恕官至秘书丞，去世的时候，只有四十七岁。
刘恕做学问，从历数、地理、官职、族姓到前代公府案牍，都详研细考。为求一本书，他不怕走数万里去阅读抄录，往往是废寝忘食。刘恕曾与司马光一道游历万山，看见山道旁有碑，读后才知道碑是专为五代列将所立。对于别人不知其名的将领，刘恕都能一一说出其生平事迹，回来后验之于旧史，果如其言。宋次道是亳州的知县，他家藏书很多，吸引了刘恕前来借阅。宋次道每天备上美味佳肴款待刘恕，而刘恕却说：“我并不是为了美味佳肴而来，请不要因此误了我的读书之事。”宋次道听后，就免去那些繁文缛节，刘恕独自闭门读书，昼夜口诵手抄，十天之后，将宋次道家藏之书全部转到自己的脑海里和笔记中，但眼睛视力为此锐减。刘恕著有《五代十国纪年》，以之比拟《十六国春秋》。另外，刘恕还采摘上古以来到周威烈王时期为《史记》、《左传》所不载的史料，编有一部《通鉴外纪》。
刘恕家境清贫，但一毫也不妄取于人，他从洛阳回家时正值冬天，没有挡寒之衣，司马光将自己的衣袄旧褥送给他，他拒绝接受，后来在司马光的强迫下，他勉强接受了，但行至颍水一带，他马上将衣袄寄给司马光。刘恕特别不信浮屠之说，认为那是子虚乌有，他说“：人们居家旅行，一物不可缺少。人死之后，身外之物可以完全抛弃了，有什么必要带一些随葬品呢？”刘恕好揭人之短，他自己也知道。每每自讼平生有二十失、十八蔽，并曾做文以自警，但就是始终改不掉这个习惯。
刘恕死后七年，《资治通鉴》编成，皇帝追录其劳，封其子刘羲仲为郊社斋郎。次子刘和仲，有超绝才能，做诗清新深奥，刻意追求，想自成一家，为文仰慕石介，有侠气，也早死。