刘墉为大学士刘统勋之子。于乾隆十六年(1751年)中二甲第二名进士，改翰林院庶吉士，散馆授编修，再迁侍讲。乾隆二十年(1755年)，刘统勋获罪，刘墉也被夺官下狱。
不久，其事解决，又赏编修，出督安徽学政，改任江苏学政。乾隆二十七年(1762年)，任山西太原府知府，因失察下属“侵帑”，被发往军台效力。年余被放还，受命在修书处行走。不久，因受其父恩泽，仍以知府用，知江苏江宁府，任内有清名。次年升江西盐驿道，乾隆三十七年(1772年)迁陕西按察使。次年，其父统勋病卒，因丁忧去职。
乾隆四十一年(1776年)刘墉守丧结束后，被授予内阁学士，在南书房行走。逾年调江苏学政。乾隆四十三年(1778年)八月，江苏省东台县监生蔡嘉树唆使如皋县民童志?向刘墉告发已故的江苏东台县举人徐述夔生前的作品集中有“大明天子重相见，且把壶儿搁半边”，“明朝期振翮，一举到清都”的诗句，当时徐述夔和其子徐怀祖皆已故物，仍被开棺戮尸，孙子徐食田、徐食书、徐首发被处斩。为徐诗作序的已死礼部尚书沈德潜，也被戮尸。历迁户部、吏部侍郎。乾隆四十五年(1780年)，任湖南巡抚，次年迁左都御史，仍直南书房。乾隆四十七年(1782年)奉命与尚书和?和钱沣前往山东查办巡抚国泰贪污及纵容下属之事，查访案情有功，被授予工部尚书，充上书房总师傅。乾隆四十八年(1783年)，署直隶总督，两年后被授职协办大学士。乾隆五十四年(1789年)，因“诸皇子师傅久不入书房”而被降为侍郎衔。不久，授内阁学士，历升顺天学政、礼部左侍郎、都察院左都御史，乾隆五十六年(1791年)任礼部尚书，署吏部尚书，不久实授。嘉庆二年(1797年)，授体仁阁大学士。嘉庆四年，加封太子少保。
嘉庆九年十二月二十五日(1805年)，刘墉在北京病逝，当天还到南书房当值，晚上宴会客人，“至晚端坐而逝”。享年八十五岁。朝廷追赠太子太保，祀贤良祠，谥文清。
相传刘墉有驼背，所以他在民间有个外号叫作刘罗锅，但并不符合史实。嘉庆帝曾称刘墉为“刘驼子”，刘墉当时是八十多岁的老人。
刘墉擅书法，工书，尤长小楷，其书用墨厚重，貌丰骨劲，别具风貌，为清一代书法家，也兼及颜真卿及苏轼。其书法最初从元代赵孟钴入手，至中年方自成一家，以魏晋为师，笔意古厚。与铁保、翁方纲、成亲王并称为清代四大书法家。
刘墉书写杜甫诗句之手卷时，书于水红色、钩金花的纸张上，十分别致。起始的一首诗题名为〈缚鸡行〉，叙述小仆绑着鸡要到市中去卖，引起了诗人对人、鸡、虫三者间的一些感概，内容颇有意趣。至于在书法方面，圆润婉转的字体，看似柔软无骨，实际上却是将劲道隐藏于丰厚的外貌中，相当的内敛，前人评论刘墉的书法为棉里藏针，应即此意了。
七十岁以后则专心于北朝的石碑书法。他的书法，用墨厚重，墨色浓墨丰润，但是骨架结构则非常刚劲，结合了柔与刚的两面，别具特色。
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