劉師培，字申叔，號左盦，江蘇儀征人。是劉貴曾之子、劉文淇的曾孫。
在母親李汝諼的教授下，他8歲就開始學《周易》變卦，12歲讀完四書五經，並開始學習試帖試，有《水仙花賦》《鳳仙花詩一百首》等。1897年起開始研究《晏子春秋》。19歲中舉。
1904年春，劉師培參加開封會試。臨行前，作《留別揚州人士書》，呼籲創辦新式學堂、鼓勵出洋留學。落第回鄉後回揚州，創辦師範學會和協助揚州鄉人出洋留學社，發表《論留學生之非叛逆》，支持學生運動；又作《黃帝紀年論》，提出以黃帝紀年取代封建帝王紀年。
1904年秋，受王無生（字鬱仁）的影響，到上海與章太炎、蔡元培、謝無量等一起參加反清革命，參與《俄事警聞》《警鍾日報》和《國粹學報》的編輯工作，積極為《中國白話報》撰稿，用通俗的語言，向民眾宣傳普及革命主張，作《中國民族誌》《攘書》《中國民約精義》和《匪風集》，並加入中國教育學會、光複會、同盟會、國學保存會等進步組織，參與萬福華行刺王之春行動，成為一名激進的革命黨人。他與何震結婚後，夫婦二人都參加革命活動，被上海革命黨人比作普魯東和索菲亞。
1905年，他參與編輯的《警鍾日報》公開辱罵德國人遭通緝，化名金少甫，逃亡嘉興，協助敖嘉熊處理同盟會溫台處會館事務。
1906年春至蕪湖，與陳獨秀在安徽公學組織嶽王會和黃氏學校，宣傳革命，發展黨人，培養專門從事暗殺的人才。同時編輯出版了《中國文學教科書》《倫理學教科書》《經學教科書》和江蘇、安徽、江寧《鄉土曆史教科書》等。
1907年春節，應章太炎等邀請，劉師培夫婦東渡日本，結識孫中山、黃興、陶成章等革命黨人，參加同盟會東京本部的工作，與章太炎等參與民起亞洲和親會，先後發表了《普告漢人》《悲佃篇》《辨滿人非中國之臣民》等。
1907年6月，受日本無政府主義思潮的影響，劉師培夫婦發起成立“女子複權會”和“社會主義講習會”，創辦《天義報》和《衡報》，宣傳無政府主義和社會主義理論，提倡廢除等級製度，實現人權平等，實行無政府主義。同時，成立“農民疾苦調查會”，征集民謠民諺，反映農民疾苦；組織翻譯《共產黨宣言》和苦魯鮑特金《麵包掠奪》《總同盟罷工》等，在同盟會之外另立旗幟。
因為留日期間費用巨大，迫於經濟壓力，加上章太炎擬赴印度學佛，1907年底由何震出麵，被端方收買，作《上端方書》，獻“弭亂之策十條”，背叛革命，充當端方暗探。於是組織齊民社，舉辦世界語講習所，並與章太炎關係破裂。加上日本警方監視日嚴，《衡報》因經費困難被迫停辦，於1908年11月全家回國。
1909年，劉師培夫婦在上海充當端方暗探，因出賣張恭，姻弟汪公權被王金發擊斃。於是劉師培公開入幕，為端方考訂金石，兼任兩江師範學堂教習。又拜徐紹楨為師，研究天文曆法。端方調任直隸總督，劉師培隨任直隸督轅文案、學部諮議官等職。
1911年隨端方南下四川，鎮壓保路運動，在資州被革命軍拘捕。辛亥革命勝利後，由孫中山保釋。後任成都國學院副院長，兼四川國學學校課，講授《左傳》、《說文解字》等，與謝無量、廖季平（廖平）、吳虞等共同發起成立四川國學會。作《廢舊曆論》等。
1913年6月與南下尋夫的何震沿江北上山西，二人均任友人南桂馨的家庭教師。後由南氏介紹，劉師培投靠閻錫山，任高等顧問。又由閻錫山推薦給袁世凱，任參政、上大夫。
1915年8月，與楊度、嚴複等發起成立籌安會，作《君政複古論》《聯邦駁議》，為袁世凱稱帝鼓吹。洪憲帝製失敗後，流落天津。
1917年被蔡元培聘為北京大學教授，講授中古文學、“三禮”、《尚書》和訓詁學，兼職北京大學附設國史編纂處。
1919年1月，與黃侃、朱希祖、馬敘倫、梁漱溟等成立“國故月刊社”，成為國粹派。1919年11月20日因肺結核病逝於北京，年僅36歲。其主要著作由南桂馨、錢玄同等搜集整理，計74種，稱《劉申叔先生遺書》。其中關於論群經及小學者22種，論學術及文辭者13種，群書校釋24種。
劉師培作為經學大師，在繼承《左氏》家學的同時，善於把近代西方社會科學研究方法和成果，吸收到中國傳統文化研究中來，開拓了傳統文化研究的新境界，成果很多。他運用進化論思想研究古代社會生活的《論小學與社會學之關係》《讀書隨筆》《國學發微》《小學發微補》等，具有開創意義。
劉師培對於《左傳》的研究成果，有《春秋左氏傳古例詮征》《春秋左氏傳例略》《春秋左氏傳答問》《春秋左氏傳時月日古例考》《讀左劄記》等。他研究《周禮》所著的《周禮古注集疏》《禮經舊說考略》《逸禮考》以及《古書疑義舉例補》《論文劄記》等，都有較高的學術地位。在日本時，他與章太炎（字枚叔）齊名，當時有“二叔”的說法。
劉師培在北大的三年裏，他在學術上所做影響最為深遠和取得成就最大的事情，是有關“中國文學”、“文學史”課程的講授與《中國古文學史講義》的出版，它使《文選》派在文派之爭中獲得勝利，並在文學史的教學與研究方麵奠定垂之後世的“典範”。