Hán Chất Đế sinh năm 138, là chút của Hán Chương Đế. Cha Lưu Toản là Bột Hải Hiếu vương Lưu Hồng, mẹ là Trần phu nhân.

Từ thời Hán Thuận Đế, ngoại thích họ Lương đã nắm quyền thao túng triều đình. Khi Xung Đế mới lên ngôi, Lương Thái Hậu và Đại tướng Lương Ký đã mật cho bàn việc đón ông vào cung, phong làm Bình Hầu. Sau khi Xung Đế chết sớm, Lương Ký lập Lưu Toản lên ngôi, tức là vua Hán Chất Đế. Lúc đó ông mới lên 8 tuổi.