Lưu Hoành sinh năm Vĩnh Thọ thứ 2 (156) thời Hán Hoàn Đế. Thân phụ là Giải Độc Đình hầu Lưu Trường (劉萇) - cháu 4 đời của Hán Chương Đế, được phong tước Giải Độc Đình hầu tại đất Hà Giang quốc, khu vực thuộc tỉnh Hà Bắc, Trung Quốc hiện nay. Thân mẫu là Đổng phu nhân, cũng là người Hà Giang. Hán Chương Đế có người con thứ là Lưu Khai (劉開), Lưu Khai sinh Lưu Thục (劉淑), Lưu Thục sinh Lưu Trường, Lưu Trường sinh Lưu Hoành. Sau khi Lưu Trường qua đời, Lưu Hoành nối cha làm Giải Độc đình hầu[2].

Năm Vĩnh Khang nguyên niên (167), mùa đông, ngày 28 tháng 12, Hán Hoàn Đế băng hà. Ngày hôm sau, Đậu hoàng hậu trở thành Hoàng thái hậu. Khi ấy Hán Hoàn Đế qua đời mà không có con, nên Đậu Thái hậu tiến hành chọn người kế vị. Cha của Thái hậu là Thành môn Giáo úy Đậu Vũ hỏi Ngự sử người Hà Giang tên Lưu Thúc, dò hỏi xem trong Hà Giang có ai ưu tú, thì Thúc tiến cử Giả Độc hầu Lưu Hoành. Đậu Vũ vào cung báo lên Thái hậu.

Năm Kiến Ninh nguyên niên (168), tháng giêng, Đậu Thái hậu sai Tào Tiết cầm Phù tiết, dùng Hoàng môn Hổ bí Vũ Lâm quân hơn 1.000 người đưa xa giá đi đến Hà Giang quốc để rước Giải Độc Đình hầu Lưu Hoành nhập cung[3][4]. Sang ngày 21 tháng 1 (tức ngày 17 tháng 2 dương lịch), Giải Độc Đình hầu Lưu Hoành mới 12 tuổi nối ngôi, sử gọi Hán Linh Đế[5][6]. Đậu Thái hậu phong Thành môn Giáo úy Đậu Vũ làm Đại tướng quân, cùng Thái phó Trần Phồn và Tư đồ Hồ Quảng (鬍廣) cùng làm phụ chính cho Hán Linh Đế.

Sau đó, Linh Đế cho truy phong cha là Lưu Trường làm Hiếu Nhân hoàng (孝仁皇), lăng tẩm là Thận lăng; còn mẹ Đổng phu nhân thành Thận Viên Quý nhân (慎園貴人) theo cựu lệ của nhà Hán[7].