奉诏入京

延光四年（125年）三月，汉安帝巡幸宛城期间感到身体不安，病势沉重不得已返回京师洛阳，征召济北王、河间王的儿子年龄在十四岁以下、七岁以上的人到京师洛阳。

继承大统

三月初十日（125年4月30日）汉安帝刘祜去世，太后阎姬为了把持国政，迎立汉安帝所征的济北王子北乡侯刘懿为帝，同年四月葬汉安帝于恭陵。

太后临朝

刘懿在位时，阎太后把持朝政，将汉安帝的亲信宦官樊丰、虎贲中郎将谢恽、侍中周广下狱处死，并将其家属徙往比景县，大将军长史谢宓、黄门侍郎樊严虽减免死罪，但处以髡钳之刑；同时贬黜汉安帝的舅舅大将军耿宝与弟弟和儿子林虑侯耿承等皆为亭侯，打发他们就国；耿宝在路上自杀。汉安帝乳母王圣母女被徙往雁门，从此阎姬独揽大权。

疾笃驾崩

刘懿在位200多天后，突发重疾，病因不明，御医无人能解。长乐太仆江京称：“北乡侯病不解，国嗣宜时有定。之前不立济阴王（今山东省菏泽市定陶区）刘保，今若立他，以后他必定抱怨，为何不早征诸王子，简单地安置在洛阳以作备用呢？”阎显深以为然，但阎太后尚未下令。延光四年十月二十七日（125年12月10日），刘懿薨逝，共在位206天。江京再次提起征诸王子一事，阎太后这才下令征召济北与河间王子入京，但还没到达京师洛阳时，济阴王（今山东省菏泽市定陶区）刘保的乳母宋娥联合中黄门孙程等人诛杀阎显兄弟和宦官江京，并迎立刘保为帝，是为汉顺帝。

降级亲王

汉顺帝继位后不承认刘懿的正统性，于是以诸侯王的礼仪将刘懿下葬。因此也有史家不将刘懿计入东汉皇帝，称济北王。

家庭成员