Lưu Huyền có biểu tự là Thánh Công (圣公), quê ở Thái Dương, Nam Dương (nay là tây nam huyện Tảo Dương, tỉnh Hồ Bắc), vốn là tông thất nhà Hán, cháu 6 đời của Hán Cảnh Đế Lưu Khải.

Năm 17, dưới thời Vương Mãng, khởi nghĩa Lục Lâm chống nhà Tân bùng nổ. Sang năm 22, do ở vùng căn cứ có dịch bệnh, quân Lục Lâm phải chia làm 2 cánh rút khỏi Lục Lâm: một cánh theo Vương Khuông, Vương Phượng, Mã Vũ đi về Nam Dương, gọi là quân Tân Thị; cánh kia theo Vương Thường, Thành Đan đi về Nam Quận gọi là quân Hạ Giang.

Tháng 7 năm 22, quân Tân Thị đi đến huyện Tuỳ, Lưu Huyền đến gia nhập quân Lục Lâm.

Với sự gia nhập sau đó của anh em tông thất khác là Lưu Diễn – Lưu Tú, lực lượng Lục Lâm càng mạnh. Sau những trận thắng liên tiếp, danh tiếng quân Lục Lâm lên rất cao, người đến xin theo rất nhiều, nên lực lượng có 10 vạn người. Lưu Huyền được phong làm Canh Thủy tướng quân.

Trong quân Lục Lâm có chủ trương lập một người hoàng tộc nhà Hán lên làm vua để có danh chính đánh Vương Mãng, khôi phục nhà Hán. Ngoài Lưu Huyền và anh em Lưu Diễn, Lưu Tú, trong quân Lục Lâm còn có các tông thất là Lưu Lương, Lưu Tứ, Lưu Gia. Vương Khuông và Vương Phượng chủ trương lập Lưu Huyền là người tài năng kém và không có vây cánh, thế lực để dễ khống chế[1][2], trong khi thiểu số theo Lưu Diễn không tán thành, muốn mình được lập. Cuối cùng, số đông của Vương Khuông thắng thế, Lưu Huyền được lập làm vua, với danh nghĩa khôi phục nhà Hán để đánh nhà Tân. Ông lấy niên hiệu Canh Thủy, tức là vua Canh Thủy Đế.