汉文帝二年（前178年），刘武受封为代王。汉文帝三年（前177年），改封为淮阳王。
汉文帝十一年（前169年），汉文帝的小儿子、刘武的弟弟梁怀王刘揖坠马去世。汉文帝十二年（前168年），汉文帝因刘揖死后无子，于是改封刘武为梁王。  此后数年时间内，刘武多次入朝。
后元七年（梁王二十二年，前157年），刘武的父亲汉文帝去世  ，刘武的哥哥太子刘启继位，是为汉景帝。
汉景帝三年（梁王二十五年，前154年），刘武入朝。当时汉景帝尚未立太子，汉景帝与刘武宴饮，曾经在闲谈时说：“千秋万岁之后，传位于梁王你。”刘武谦虚地推辞。他虽然明知这不是真心话，但心中暗喜。他的母亲窦太后也同样高兴。
同年（前154年），吴、楚、齐、赵等七国反叛。吴、楚先攻击梁国的棘壁，杀死数万人。梁孝王据守睢阳城，命韩安国、张羽等人为大将军，抵抗吴、楚之兵。吴、楚受阻于梁，不敢越过梁国向西进兵，和太尉亚夫等人相持了三个月。吴、楚破灭，计算功劳，梁国所斩杀俘获的吴、楚军队的数目和朝廷大略一样多。次年，朝廷立太子。后来梁王因是皇上的亲兄弟，立有大功，又受封于大国，据有天下肥沃的土地。其封地北以泰山为界，西达高阳，共有四十余城，多数是大县。
梁孝王是窦太后的小儿子，很受宠爱，所得到的赏赐不计其数。于是，梁孝王建造东苑，方圆三百多里，扩展睢阳城至七十里。大兴土木，建造宫殿，修筑架空通道，从宫殿连接到平台长达三十多里。有天子赏赐的旌旗，外出随从千乘万骑。到处驰马狩猎，排场之壮盛拟似天子。出入宫殿，清道禁绝行人，言“警”称“跸（bì，毕）。揽四方豪杰，自崤山以东的游说之士，像齐人羊胜、公孙诡、邹阳等人，莫不尽归梁国。公孙诡多有奇特怪诞之计，初次拜见梁王，梁王赐他千金，官职做到中尉，梁国称他“公孙将军”。梁国铸造了许多兵器，弓箭、戈矛之类就有数十万件，府库的金钱近万亿，珠玉、宝器等京师还多。
二十九年（前150）十月，梁孝王入京晋见景帝。景帝派使者拿着符节，驾着皇帝乘坐的驷马车，到关前迎侯梁王。朝见景帝后，呈上奏折请求留在京师，因为太后很宠爱孝王的缘故得以获准。孝王入宫则陪侍景帝同乘步辇，出宫则同车游猎，到上林苑去射鸟兽。梁国的侍中、郎官、谒者只须在名簿上登记上姓名，使可以出入天子殿门，和朝廷的官员没有区别。
十一月，皇上废黜栗太子，窦太后想要让孝王作继承人。大臣和袁盎等人劝阻景帝，窦太后的动议受阻，从此也就不再提让梁王作继承人这件事。因为这件事很秘密，世人没有谁知道。梁王于是辞别朝廷回归封国。
这年夏天四月，皇上立胶东王为太子。梁王怨恨袁盎和参与议嗣的大臣，就和羊胜、公孙诡等人谋划，暗中派人刺杀袁盎和其他参与议嗣的十多位大臣。朝廷缉捕凶手，未获。于是天子怀疑梁王，捕获到凶手，果然是梁王所主使。于是景帝派遣使者不断往来于至梁国的路上，到梁国去反复按验，逮捕公孙诡、羊胜。公孙诡、羊胜藏匿在梁王的后宫。使者责问二千石官员很急迫，梁相轩丘豹和内史韩安国进谏梁王，梁王才命令羊胜、公孙诡都自杀，之后把他们交出来。皇上因此怨恨梁王。梁王恐惧，于是派韩安国通过长公主向太后认罪，请求宽宥，这才得到宽恕。
皇上的怒气逐渐消释，梁王便上书请求朝见。到达函谷关后，茅兰劝梁王乘坐布车，只带两个骑兵入京，躲藏在长公主的园囿之中。朝廷派使者迎接梁王，而梁王已经入关，随从车马都在关外，不知梁王所在。太后哭泣道：“皇上杀了我的儿子！”景帝为此忧恐。于是梁王背着刑具俯伏在宫廷门下，认罪自请处罚，太后、景帝非常高兴，相对哭泣，兄弟之情又如以前。然后把梁王随从官员悉召入关。然而景帝渐渐疏远梁王，不再和他同乘车辇了。
三十五年（前144）的冬天，梁王又入京朝见。呈上奏折请求留住京师，皇上没有答应。梁王回到封国后，心神恍忽不乐。到北方的良山打猎，有人献上一头牛，牛足长在背上，孝王对它感到厌恶。六月中旬，得了热病，过了六天就病死了。谥为孝王。

梁孝王在历史上最有名的就是建了一座很大的梁园，即“睢园”。
梁孝王自小享尽荣华富贵，也为保卫汉室江山立下了大功。平息了七王之乱后，遂在梁国大兴土木。他以睢阳为中心，依托自然景色，修建了一个很大的花园，称东苑，也叫菟园，后人称为梁园。《汉书》载：“梁孝王筑东苑，方三百余里”。梁园中的房舍雕龙画凤，金碧辉煌，几乎可和皇宫媲美。睢水两岸，竹林连绵十余里，各种花木应有尽有，飞禽走兽品类繁多，梁王经常在这里狞猎、宴饮，大会宾朋。天下的文人雅士如枚乘、严忌、司马相如等云集梁园，成了梁孝王的座上宾。俗成语“梁园虽好，不是久留之地”就是来自这个典故。

班固：“梁孝王虽以爱亲故王膏腴之地，然会汉家隆盛，百姓殷富，故能殖其货财，广其宫室车服。然亦僣矣。怙亲亡厌，牛祸告罚，卒用忧死，悲夫！”
司马贞：“文帝少子，徙封於梁。太后锺爱，广筑睢阳。旌旂警跸，势拟天王。功扞吴楚，计丑孙羊。窦婴正议，袁盎劫伤。汉穷梁狱，冠盖相望。祸成骄子，致此猖狂。虽分五国，卒亦不昌。”