刘皇后出自汉朝皇族。先祖为汉景帝之子西汉长沙定王刘发。五世祖刘廙为汉末魏初名士，甚受曹操器重。曹丕称帝，擢为侍中，赐爵关内侯。高祖父刘阜官至陈留相。曾祖父刘乔官至豫州刺史。祖父刘挺官至颍川太守。父亲刘耽少有行检，以义尚流称，为宗族所推。博学，明习《诗》、《礼》、三史。历任度支尚书，加散骑常侍。在职公平廉慎，所莅著绩。
刘皇后作为名门之女，贤惠博学。十几岁时，由父母做主，嫁南郡公桓玄。桓玄的来头可不小。
桓氏源于姜姓，出自春秋齐桓公，属于以谥号为氏。齐桓公九合诸侯，一匡天下，按《谥法》规定：“辟土服远，克敬勤民，皆曰桓。”因此得到了周王赐予的谥号“桓”。在齐桓公的后裔子孙中，有一部分人以先祖谥号为氏，称桓氏。
桓公后代桓荣少年时曾在长安学习《尚书》，后老师朱普去世，桓荣到九江郡奔丧，于是留下来教书，学生达几百人。建武十九年，桓荣被大司徒府征辟。当时汉明帝刚被立为太子，光武帝提升桓荣的学生何汤任虎贲中郎将，教太子《尚书》。刘秀得知桓荣是何汤的老师，授桓荣议郎，让他教太子《尚书》。由于桓荣教学出色，不断得到升迁，先拜博士。建武二十八年，任少傅。建武三十年，任太常。中元二年，汉明帝即位，授老师桓荣二子为郎官。永平二年，桓荣封五更，晋关内侯。
桓荣之子桓郁继承父业，教授《尚书》。明帝时，任侍中。永平十五年，教授皇太子，迁越骑校尉。章帝建初二年，迁屯骑都尉。和帝即位，迁长乐少府，教授皇帝，转侍中奉车都尉，拜太常。
桓郁之子桓焉继承父业，初为郎，迁侍中、步兵校尉。顺帝为皇太子时，任太子少傅、太傅，拜光禄大夫，转太常。顺帝即位，拜太傅，录尚书事，封阳平侯，迁大鸿胪。永和五年，任太尉。
谯国桓氏和司马氏可谓世仇，桓范因支持曹爽而被灭三族，远房族人也受到牵连。谯国桓氏在西晋很不得志，直到桓温之父南渡，归附东晋，这个家族才迎来了转机。
桓温之父桓彝在苏峻之乱中被韩晃杀害，泾县县令江播也参与其中，桓温年仅十五岁，发誓要为父报仇，咸和六年，江播去世，桓温假装吊丧，手刃江播之子江彪，此事受到当时人的赞誉。晋明帝司马绍觉得桓温有胆有识、相貌伟岸，又是世代官宦之家出身，将嫡长女南康公主嫁给他。桓温变得显贵起来，任琅琊内史，加辅国将军。建元元年，迁前锋小督，守临淮，同年迁徐州刺史，都督青徐兖三州诸军事。永和元年，升安西将军、荆州刺史，持节都督荆司雍益梁宁六州诸军事，并领护南蛮校尉。永和三年, 桓温一举灭掉了成汉，封征西大将军、开府仪同三司、临贺郡公，
桓温领八州地，在领地内拥有很大的权力，处于半独立状态，永和十二年 ，桓温率军收复洛阳，封南郡公，兴宁元年，加侍中、大司马、都督中外诸军事，太和三年，加殊礼，位在诸侯王之上。
太和六年，桓温入朝，逼褚太后废司马奕为东海王，拥立司马昱为帝。
桓温去世后，桓玄继承了父亲的爵位。桓玄是桓温最小的儿子，自幼由南康长公主抚养。形貌瑰奇，风神疏朗。
桓玄在朝廷平定孙恩叛乱时，异军突起，一跃成为当时最有军事实力的人物，起兵诛灭执政的司马道子父子，控制了东晋，之后桓玄逼晋安帝禅让，桓玄登基，册立刘氏为皇后，刘皇后有过人的识人之见，曾力劝桓玄杀掉刘裕。
后来，桓玄败于刘裕之手，刘皇后也被废黜。