刘洎早年曾效力于萧铣，担任黄门侍郎，后率军南攻岭表，夺取五十余座城池。武德四年(621年)，萧铣败亡。刘洎此时尚在岭南，便献表归唐，被授为南康州都督府长史。
贞观七年(633年)，刘洎被拜为给事中，封清苑县男。贞观十一年(637年)，刘洎改任治书侍御史，并针对当时尚书省政务堆积的现象，进言道：“如今功臣国戚占据要位，才能不能胜职，又凭借功勋权势相互倾轧，在职官员不能坚持公道，虽然也想奋发自强，却怕受到流言蜚语的诽谤。因此本该郎中裁决的事情，却要报请上级处理，各部尚书也模棱两可，不能决断。有的曲意顺从皇帝意旨而不顾实际情况，有的为避嫌避讳而不伸张正义。有的认为案子了结便万事大吉，而不深究结论是否正确;有的认为逢迎上级就是奉公，而不管他的作为是否得当。”他又以贞观初年魏征、戴胄担任尚书左右丞时百官不敢懈怠为例，建议唐太宗精心选任尚书左右丞及两司郎中，以此提高工作效率，被唐太宗任命为尚书右丞。贞观十三年(639年)，刘洎改任黄门侍郎。贞观十六年(642年)，唐太宗向褚遂良索取《起居注》。褚遂良拒绝道：“《起居注》记录君主言行，是希望君主不做非法之事，没听说过君主可以自己拿去看的!”唐太宗问道：“我有不好的言行，你也要记下来吗?”褚遂良答道：“臣职责所在，不敢不记。”这时，刘洎插言道：“即使褚遂良没有记录，天下人也会记住。”唐太宗只得作罢。
贞观十七年(643年)，刘洎被拜为散骑常侍，加银青光禄大夫，又加上护军。 四月，太子李承乾被废，刘洎与岑文本支持魏王李泰，而长孙无忌则支持晋王李治。唐太宗最终立李治为皇太子。五月，刘洎进言道：“太子应当勤学好问，亲善师友。如今太子入侍宫闱，动辄十天半月，东宫辅臣很少能与太子应对答问。希望陛下能抑制对子孙的关爱，遵照规制，则是天下之幸。”唐太宗于是让刘洎与岑文本、褚遂良、马周等人轮流前往东宫，与太子谈论政事。贞观十八年(644年)，刘洎升任侍中。当时，唐太宗要求大臣指出自己的过失。长孙无忌、李勣、杨师道等人都称：“陛下没有过失。”而刘洎则道：“近来有人上书不合陛下之意的，陛下都当面百般责备，上书者无不惭愧而退，这样做恐怕不能广开言路。”唐太宗道：“你说的很对，朕一定会改。”贞观十九年(645年)，唐太宗亲征高句丽，命太子李治在定州监国。刘洎被任命为检校民部尚书，兼任太子左庶子，与高士廉、马周一同辅佐太子。唐太宗临行前，嘱咐道：“我如今带兵远征，让你辅佐太子，国家的安危都寄托在你身上了。”刘洎答道：“陛下不必忧虑，大臣有罪，我当立即予以诛罚。”唐太宗认为他狂言妄语，告诫道：“君不密则失臣，臣不密则失身。你性情疏阔刚直，必会因此而遭祸，应当慎重行事。”
同年十二月(646年1月)，唐太宗班师，返回定州，在途中患病，刘洎与中书令马周前去探视。褚遂良传问太宗起居时，刘洎哭着道：“圣体患有痈疽，令人忧惧。”褚遂良却向唐太宗诬奏道：“刘洎曾说：‘朝延大事不足忧虑，只要依循伊尹、霍光的故事，辅佐年幼的太子，诛杀有二心的大臣，便可以了。’”不久，唐太宗病愈，并向刘洎询问此事。刘洎据实回答，而马周也为他作证，但褚遂良却坚持自己的说法。唐太宗遂赐死刘洎，让他自尽。刘洎临死时，欲要留下奏言，宪司却不肯给予纸笔。唐太宗得知后，将相关官吏尽皆下狱。显庆元年(656年)，刘洎之子刘弘业上疏皇帝，为父亲伸冤，称其是被褚遂良诬陷。唐高宗询问近臣意见，给事中乐彦玮道：“如果洗雪刘洎的罪责，岂不是在说先帝滥用刑罚。”唐高宗遂将此议压下，不再提及。文明元年(684年)，武则天临朝称制，下诏恢复刘洎官爵，刘洎冤案这才得以平反。