Hán Vũ Đế Lưu Triệt là con trai thứ 11 của Hán Cảnh Đế, mẹ là Kế Hoàng hậu Vương Chí. Vương Chí nguyên được gả cho Kim Vương Tôn (金王孙) sinh một con gái là Kim Tục (金俗), sau tái giá với Hán Cảnh Đế được phong vị Mỹ nhân (美人), sinh được ba con gái là Bình Dương Công chúa, Nam Cung Công chúa và Long Lự Công Chúa. Sau đó, Vương Mỹ nhân sinh con trai út là hoàng tử Lưu Triệt[1].

Lưu Triệt được sinh vào ngày 31 tháng 7, năm 156 TCN. Tương truyền, khi mang thai Lưu Triệt, Vương Mỹ nhân đã nằm mộng thấy mặt trời rơi vào bụng mình[2], bèn nói lại với Cảnh Đế. Cảnh Đế cho rằng đứa bé đó về sau sẽ phú quý. Do có thân phận hoàng tử nên Lưu Triệt được phong tước vị Giao Đông vương (膠東王) vào năm 153 TCN[3]

Theo Hán Võ cố sự (漢武故事), quyển tiểu thuyết viết về Hán Vũ Đế thì lúc mới sinh ông được đặt tên là Lưu Trệ (劉彘), sau khi làm Giao Đông vương mới đổi lại là Lưu Triệt. Tuy nhiên, các bộ sử chính thống như Sử ký, Hán thư và Tư trị thông giám đều không công nhận điều này, mà cho rằng Hán Võ Đế có một tên duy nhất là Lưu Triệt[4][5][6].

Năm 155 TCN, Hoàng hậu đầu tiên của Cảnh Đế là Bạc thị, không sinh được con nên thất sủng và bị phế. Hậu vị vì thế mà bỏ trống. Lịch Cơ (栗姬), phi tần được sủng ái nhất đã sinh hoàng trưởng tử là Lưu Vinh (劉榮) cho Cảnh Đế nên Lưu Vinh được phong Hoàng thái tử.

Quán Đào công chúa (館陶公主), chị của Cảnh Đế và là cô của Lưu Triệt có con gái tên Trần A Kiều (陈娇)[7], muốn hứa hôn với Lưu Vinh để làm Thái tử phi, sau trở thành Hoàng hậu đại Hán[8][9] nhưng bị Lịch Cơ khước từ vì hận Quán Đào thường xuyên tiến cử mĩ nữ cho Hán Cảnh Đế. Vương Mỹ nhân thấy vậy bèn tìm cách lấy lòng Quán Đào, hứa sẽ cho Lưu Triệt (năm đó 6 tuổi) thành thân với Trần A Kiều nếu ông được lập làm Thái tử[1]. Quán Đào muốn giúp Lưu Triệt giành ngôi để có lợi cho con gái mình, đồng thời trả thù Lịch Cơ nên thường nói tốt ông trước mặt Cảnh đế và gièm pha mẹ con Lịch Cơ. Khi đó Lịch Cơ ỷ sủng sinh kiêu, lại có con làm Thái tử nên không biết kiêng dè, nhiều khi còn lớn tiếng với cả Cảnh Đế khiến Cảnh Đế không còn sủng ái bà như trước.

Năm 150 TCN, nhân Hán Cảnh Đế giận Lịch Cơ, Quán Đào công chúa cùng Vương Mỹ nhân xúi giục các đại thần trong triều viết tấu xin lập Lịch cơ làm hậu. Đại thần làm theo khiến Cảnh Đế vốn đã tức giận, nghi ngờ việc này do Lịch Cơ xúi giục nên phế Lưu Vinh xuống làm Lâm Giang vương (臨江王)[8][9] và không đoái hoài đến Lịch Cơ khiến bà uất ức qua đời. Sau đó Cảnh Đế tấn phong Vương Mỹ nhân làm Hoàng hậu và Lưu Triệt làm Thái tử.

Năm 141 TCN, Hán Cảnh Đế qua đời, Lưu Triệt năm ấy 16 tuổi lên nối ngôi, tức Hán Vũ Đế[2][3][10]. Ông lập Trần A Kiều làm Hoàng hậu, tôn mẹ là Vương hoàng hậu làm Hoàng thái hậu, và bà nội Đậu Thái hậu làm Thái hoàng thái hậu.