秦昭王五十一年（公元前256年）或秦庄襄王三年（公元前247年），刘邦出生于沛丰邑[4]（今江苏省徐州市丰县），和卢绾同年同月同日生，两家非常要好。幼时和卢绾交好。长得额头高高隆起，鬓角和胡须很漂亮，左边大腿有七十二颗黑痣。宽厚仁爱，性格十分开朗，平时不拘小节。
大人们都认为刘邦没有大志，不能干活，没有收入。但刘邦依然我行我素。刘邦少慕魏公子信陵君无忌的为人，很想投入信陵君门下。于是西行至大梁，但信陵君已死，而故信陵君门客张耳亦召纳门客，于是至外黄投入到张耳门下，两人结成知己。及魏国灭亡，张耳成为秦廷通缉犯，门客皆散去。刘邦回到家乡沛县。
后来，刘邦做了沛县泗水亭的亭长（亭长是管十里以内的小官），时间长了，和沛县的官吏们混得很熟，在当地也小有名气。刘邦的志向很大，在一次送服役的人去咸阳的路上，碰到秦始皇大队人马出巡，远远看去，秦始皇坐在装饰精美华丽的车上威风八面，羡慕得他脱口而出“大丈夫就应该像这样啊！”
吕后刘邦的妻子是吕公的女儿吕氏，名叫吕雉。单父（今山东单县）人吕公和家乡的人结下冤仇后到沛县定居，因为沛令和他是好友。在刚刚到沛时，很多人便听说了他和县令的关系，于是，人们便来上门拜访，拉拉关系，套套近乎。刘邦听说了也去凑热闹，当时主持接待客人的是在沛县担任主簿的萧何，他宣布了一条规定：凡是贺礼钱不到一千钱的人，一律到堂下就坐。刘邦虽然没带一个钱去，他却对负责传信的人说：“我出贺钱一万！”吕公听说了，赶忙亲自出来迎他。一见刘邦气宇轩昂，与众不同，就非常喜欢，请入上席就坐。
吕公这个人，喜欢给人相面，看见高祖的相貌，就非常敬重他。萧何说：“刘季一向满口说大话，很少做成什么事。”高祖就趁机戏弄那些宾客，干脆就坐到上座去，一点儿也不谦让。酒喝得尽兴了，吕公于是向高祖递眼色，让他一定留下来，高祖喝完了酒，就留在后面。吕公说：“我从年轻的时候就喜欢给人相面，经我给相面的人多了，没有谁能比得上你的面相，希望你好自珍爱。我有一女愿意许给你做洒扫的妻妾。”酒宴散了，吕媪对吕公大为恼火，说：“你起初总是想让这个女儿出人头地，把她许配给个贵人。沛令跟你要好，想娶这个女儿你不同意，今天你为什么随随便便地就把她许给刘季了呢？”吕公说：“这不是女人家所懂得的。”终于把女儿嫁给刘季了。吕公的女儿就是吕后。
斩蛇起义刘邦以亭长的身份为泗水郡押送徒役去骊山，徒役们有很多在半路逃走了。刘邦估计等到了骊山也就会都逃光了，所以走到芒砀山时，就停下来饮酒，趁着夜晚把所有的役徒都放了。刘邦说：“你们都逃命去吧，从此我也要远远地走了！”徒役中有十多个壮士愿意跟随他一块走。刘邦乘着酒意，夜里抄小路通过沼泽地，让一个在前边先走。走在前边的人回来报告说：“前边有条大蛇挡在路上，还是回去吧。”刘邦已醉，说：“大丈夫走路，有什么可怕的！”于是赶到前面，拔剑去斩大蛇。大蛇被斩成两截，道路打开了，继续往前走了几里，醉得厉害了，就躺倒在地上。
后边的人来到斩蛇的地方，看见有一老妇在暗夜中哭泣。有人问她为什么哭，老妇人说：“有人杀了我儿，我在哭他。”有人问：“你的孩子为什么被杀呢？”老妇说：“我儿是白帝之子，变化成蛇，挡在道路中间，如今被赤帝之子杀了，故哭。”众人以为老妇人是在说谎，正要打她，老妇人却忽然不见了。后面的人赶上了刘邦，刘邦醒了。那些人把刚才的事告诉了刘邦，刘邦心中暗暗高兴，更加自负。那些追随他的人也渐渐地畏惧他了。
对于刘邦的出生时间，司马迁的《史记》班固的《汉书》中均无明确记载，之后的史学家在为二者作注时才加以说明，但有2种不同说法：1南朝宋时裴骃在《史记集解·高祖本纪》中引西晋皇甫谧之言，称：“高祖以秦昭王五十一年生，至汉十二年，年六十二。”即认为刘邦出生于秦昭王五十一年（公元前256年）。2唐代颜师古注《汉书·高帝纪下》时引“臣赞”之言，称：“帝年四十二即位，即位十二年，寿五十三。”刘邦卒于汉十二年（公元前195年），据此推算，则刘邦出生于秦庄襄王三年（公元前247年）。
对于2种说法，现有史料尚不足以确定孰是孰非。故在有确切证据前，应对2种说法都存疑。
沛县起兵
起兵反秦
在公元前209年，秦末农民起义爆发，陈胜、吴广率领起义军攻占了陈州以后，陈胜建立了“张楚”政权，和秦朝公开对立。
这时，沛县令也想响应起义，萧何和曹参当时为沛县县吏，他们劝县令将本县流亡在外的人召集回来，一来可以增加力量，二来也可以杜绝后患。县令觉得有理，便让樊哙去邀请刘邦，刘邦当时已拥数百之众。然而此时沛令却又后悔了，害怕刘邦回来不好控制，弄不好还会被他所杀，等于是引狼入室。所以，他命令关闭城门，并准备捉拿萧何和曹参。二人闻讯赶忙逃到了城外，刘邦闻此，于是将一封信射进城中，鼓动城中百姓起来杀掉出尔反尔的县令，大家一起保卫家乡。
百姓对平时就不太体恤他们的县令很不满，杀了县令后开城门迎进刘邦，萧何、曹参都是文吏，担心身家性命，深恐举事不成，被秦朝诛灭九族，就竭力推举刘邦。大家推举他为沛公，领导大家起事。刘邦便顺从民意，设祭坛，立赤旗，自称赤帝子，很快义军扩充到三千人。
此时，已经是公元前209年10月，刘邦已经48岁或39岁了。秦末农民战争中还有一支强大的力量，就是原来楚国贵族的后代项梁和项羽。他们在吴中（今江苏苏州）起兵，兵力很快达到了近万人。
雍齿叛丰
秦末农民战争形势图刘邦起事后，立即开始攻略周边郡县，先是攻胡陵、下方与，与泗水监平大战于丰邑，破之。这时泗水卒史周苛、周昌兄弟加入到刘邦阵营。接着令雍齿守丰，自己率领军队进入薛，与秦军大战。郡守壮战败，逃至戚，沛公左司马曹无伤追斩壮。
接着刘邦率军再至亢父、方与，以曹参守方与。这时魏相周市来攻方与，曹参率军迎之。但是雍齿却据丰降魏。刘邦大怒，进攻丰。雍齿据城以守，沛公军不能下丰，恰在此时，刘邦生病，于是还军至沛。
张良初从
这时，刘邦闻东阳宁君与秦嘉立景驹为楚假王，在留（今沛县东南），于是投奔景驹，欲借军攻丰。在去投奔景驹的路上，遇见了也要投奔景驹的张良。两人于是兵合一处。
张良与刘邦二人见面后，一交谈，两人大有相见恨晚之意。于是张良放弃投奔景驹的念头，直接投奔到刘邦这边。刘邦以张良为厩将。
再夺丰邑
这时秦朝章邯的部将司马夷攻略楚地，屠相（今安徽淮北市），至砀（今永城芒山镇）。于是沛公与东阳宁率军向西，迎击司马夷，在萧县西与秦军展开战斗，结果不利，刘邦与东阳宁君退至留。补充军队和粮草后，再次进攻秦军，三日取砀，得到军卒六千人。接着乘胜攻取了下邑（今安徽砀山县）。
这次，刘邦认为自己军队差不多，从下邑出发，再次攻丰，结果仍然没攻下。这时听说项梁在薛，于是留下军队围丰，自己率领百余骑至薛见项梁。项梁为沛公增兵五千、五大夫将十人，三攻丰邑。雍齿不敌，逃奔魏国。
与立怀王
这样，沛公刘邦成为项梁手下一员大将。而不久项羽攻下襄邑也还至薛。当陈胜死亡的消息确实之后，项梁尽召诸将还薛，采纳范增的建议，立战国时楚怀王的孙子熊心为楚王，仍号楚怀王，都盱眙。楚怀王以陈婴为上柱国，项梁号武信君。
刘项合兵
西楚霸王·项羽立楚怀王后，项梁率军北上救齐赵，在亢父、东阿大破秦军。这时齐军因田间、田都、田角之故，引兵还齐。只有楚军追击秦军。于是项梁下令楚军分军，以刘邦、项羽为帅，率楚军一部攻城阳。刘项二人率军攻下城阳（即成阳，今山东菏泽市东），屠之。然后追击秦军至濮阳东，再次大破秦军。秦军这时得到补充，军势复振，守濮阳、环水。刘项二人不与之战，绕过进攻定陶。定陶未下，放弃，西攻雍丘（今杞县）。沛公将曹参大破秦兵，斩杀三川守李由，并俘虏秦侯一人。
之后，刘项二人还攻陈留，未下。这时秦将章邯大破项梁于定陶 （今山东定陶），项梁本人亦战死。刘项二人大惊，两人商量后决定放弃陈留，还军东归。刘项二人分兵，项羽军驻彭城西、吕臣军驻彭城东，而沛公军驻砀郡。
怀王迁都
项梁之死，使诸侯震怖。而秦