刘秀是汉高祖刘邦的九世孙，出自汉景帝子长沙定王刘发一脉，刘秀的先祖，因为遵行“推恩令”制度的原则而从列侯递降。到他父亲刘钦这一辈，只是济阳县令这样的一个小官员了。

    西汉建平元年十二月甲子日（公元前5年1月15日，刘秀出生在陈留郡济阳县舍，其父时为济阳令。史载刘秀出生时，有赤光照耀整个房间。刘钦感到奇怪，立即召来功曹史充兰，派他去问会占卜的人。充兰与马下卒苏永一起去卜人王长孙的住所。王长孙卜卦后，对苏永和充兰说：“这是件吉利的事情，不用多说了。”这年，在刘钦房前栽景天的地方有谷子长了出来，共有三株，每株一根茎九个穗，比一般谷子要长一二尺，是好谷子。父亲刘钦因此为其取名为“秀”。

    元始三年（3年），其父刘钦在南顿县（在今河南项城市）县令任上去世，年仅9岁的刘秀与兄妹便成了孤儿，的生活无依，被远在南阳郡蔡阳县叔父刘良所收养。

    由于刘秀勤于农事，而其兄刘縯好侠养士，所以经常取笑刘秀，将他比做刘邦的兄弟刘喜。但另一方面，刘秀也藏匿亡命之徒，官吏不敢上门过问。新朝天凤年间（公元14年―19年），刘秀到长安，入读太学，随名儒许子威治《尚书》，略通大义，并结识了邓禹、朱佑等，二人后来皆列入“云台二十八将”，也是刘秀创业的班底。

    刘秀成长之际，正逢王莽代汉立新之时。新莽末年，因其推行的改革盲目崇古，不切实际，又触动了上至豪强、下及平民的利益；加之水、旱等天灾不断，广袤中原赤地千里、哀鸿遍野。终于，在新莽天凤年间，赤眉、绿林、铜马等数十股大小农民军纷纷揭竿而起，大批豪强地主也乘势开始倒向王莽。顿时，海内分崩，天下大乱。

    刘秀虽名为皇族后裔，但他这一支属于远支旁庶一脉。刘秀的为人与其长兄刘縯不同，刘縯不事家人居业，倾身破产，交结天下豪杰，和南阳的诸多子弟都欲趁乱起兵，欲图大事；而刘秀则为人“多权略”处事极为谨慎。刘秀经过了深思熟虑，见天下确实已经大乱了，方才决定起兵。

    地皇三年（公元22年），南阳饥荒，刘縯手下宾客抢劫别人，刘秀为了躲避官吏，前往新野的姐夫邓晨家躲避。同年秋，刘秀到宛城卖谷，与当地人李通及其从弟李轶密谋起兵。李通计划在材官都试骑士日起事，让李轶和刘秀到舂陵（今湖北枣阳市吴店镇）起兵。十月，刘縯正式打出了“复高祖之基业，定万世之秋”的口号，决定起义，并派遣亲客，通知邓晨在新野起义，刘秀、李通、李轶等在宛城起义，自己则率七八千人在舂陵起义，自称“柱天都部”，联合新市、平林等绿林军。十一月，刘秀带领宾客从宛城来到舂陵，时值长兄刘縯会众起兵。起初刘縯起兵时，宗族都不愿意跟随，纷纷逃跑，直到看见刘秀穿绛衣大冠（当时的将军服饰），惊叹“谨厚者亦复为之”，才安下心来。刘祉、刘良等也追随起兵。

    刘秀兄弟和南阳宗室子弟的兵马被称为舂陵军。当时兵少将寡，武器装备很差，甚至在最早时候，刘秀是骑牛上阵的。后经过激战杀死了新野尉，刘秀才有了战马。不久又杀死湖阳尉，占领棘阳。但随即就遭遇甄阜、梁丘赐等所率的新军，在小长安溃败，刘秀“单马遁走”，途中还救了妹妹刘伯姬，但姐姐刘元拒绝上马，以免拖累刘秀，最终与她的三个女儿被新军杀死。此次兵败后，新市、平林打算放弃对舂陵军的支援，刘秀便偕刘縯、李通到宜秋见下江兵首领王常，说服他加入，最终新市、平林、下江与舂陵兵联合作战，于翌年正月在沘水、淯阳等地大败新莽军，并击杀甄阜、梁丘赐等新莽将领。

    更始元年（公元23年）二月，西汉宗室刘玄被绿林军的主要将领拥立为帝，建元“更始”，是为更始帝。对此，刘縯及南阳刘姓宗室极为不满，只是迫于在联军之中，绿林军人多势大，又有强敌在前，只得暂且作罢。刘縯被封为大司徒，刘秀则受封为太常偏将军。更始政权建立，复用汉朝旗号，此举大大震动了新朝，王莽即遣大司空王邑、大司徒王寻发各州郡精兵共四十二万扑向昆阳和宛城一线，企图一举扑灭新生的更始政权。

    同年五月，王邑、王寻率军西出洛阳，南下颍川（今河南省禹州市）与严尤、陈茂两部会合，迫使刘秀的部队从阳关（今河南省禹州西北地区）撤回昆阳（今河南省平顶山市叶县）。昆阳汉军仅九千人，众恐不敌，欲弃城退守荆州故地。刘秀以“合兵尚能取胜、分散势难保全”为由，说服诸将固守昆阳。此时新莽军队已逼近城北，刘秀率13名骑兵乘夜出城，赴定陵县、郾县调集援兵，后有步兵、骑兵一万七千精兵赴援昆阳。

    王邑等人自恃兵力强大，甚至扬言：“百万之师，所过当灭，今屠此城，蹀血而进，前歌后舞，顾不快耶！”王邑军向昆阳城发起进攻，并挖掘地道，制造云车。昆阳守军别无退路，坚守危城。此时新军久战疲惫，锐气大减。刘秀于六月一日率领步骑万余人驰援昆阳。刘秀亲率千余精锐为前锋，反复猛冲，斩杀新军数十人。诸将说：“刘将军平生见小敌怯，今见大敌勇，甚可怪也，且复居前。请助将军！”汉军士气大振，刘秀继续追击，迫使新军退却，诸部也乘胜攻击新军，斩首数百千级。随后刘秀又以勇士三千人，迂回到敌军的侧后，偷渡昆水（今叶县辉河地区），向王邑大本营发起猛烈的攻击。王邑依旧轻敌，下令各营勒卒自持，不得擅自出兵，自行和王寻率及万人迎战，王邑兵马陷入困境，王寻战死，诸将未敢出援。昆阳守军见城外汉军取胜，乘势出击。新军大乱，纷纷夺路逃命，互相践踏，积尸遍野。此时突然大风飞瓦，暴雨如注，滍水暴涨，新军数万人涉水被淹死，滍水为之不流。