Năm sinh chính thức của Lưu Thiệu là 426, khi đó cha của ông Lưu Nghĩa Long (Văn Đế) đã là hoàng đế. Tuy nhiên, các sử sách chính thức đã chỉ ra rằng đó không phải là năm sinh thực sự của ông, ông là con trai của cha cùng Hoàng hậu Viên Tề Quy, và khi ông sinh ra thì Lưu Nghĩa Long vẫn đang là Nghi Đô vương dưới quyền trị vì của huynh trưởng là Thiếu Đế. Theo chính sử thì lý do năm sinh của ông bị giả mạo là bởi Lưu Thiệu đã được thụ thai trong giai đoạn Lưu Nghĩa Long đang phải để tang ba năm phụ hoàng Vũ Đế, trong thời gian đó Lưu Nghĩa Long có nghĩa vụ phải kiêng quan hệ nam nữ. Do Vũ Đế qua đời năm 422, nên năm sinh thật sự của Lưu Thiệu là vào một thời điểm nào đó từ năm 423 đến 425. Lưu Thiệu là con trai cả của Văn Đế.

Các ghi chép chính thức cũng nói về một câu chuyện khác, đó là khi Lưu Thiệu chào đời, Viên Hoàng hậu đã nhìn người con mới chào đời rồi nói rằng, "tướng mạo của đứa trẻ này thật khác thường, và nó chắc chắn sẽ phá hủy quốc gia và gia đình mình; Ta sẽ không nuôi nó." Sau đó, bà muốn người con trai mới lọt lòng phải chết, song khi Văn Đế hay tin thì liền chạy đến và cứu lấy đứa trẻ. (Sử gia hiện đại Bá Dương nghi ngờ về chi tiết này và cho rằng câu chuyện được bịa đặt sau các hành động của Lưu Thiệu.)

Năm 429, Văn Đế lập Lưu Thiệu làm thái tử. Năm 438, ông lấy con gái của viên quan Ân Thuần (殷淳) đã qua đời trước đó, tên là Ân Ngọc Anh, làm thái tử phi. Khoảng tết năm 440, Thái tử Thiệu được mặc trang phục của người lớn, đồng nghĩa với việc được công nhận là đã trưởng thành. Vào thời điểm này, ông được mô tả là một thanh niên tuấn tú và hiếu học, cũng có tài bắn cung và cưỡi ngựa. Ông thích tiếp nhiều khách ở trong cung của mình, và Văn Đế cung cấp bất kỳ điều gì ông mong muốn. Khoảng thời gian này, Lưu Thiệu cũng bắt đầu duy trì một đội cận vệ lớn để bảo vệ Đông cung.

Mẹ của Lưu Thiệu, Viên Hoàng Hậu, ban đầu được Văn Đế sủng ái. Tuy nhiên, theo thời gian, bà đã để mất lợi thế vào tay Phan thục phi. Một lần, để thử lòng Văn Đế, Viên Hoàng hậu đã lệnh cho Phan thục phi thỉnh cầu Văn Đế ban cho thân thích của mình một khoản phí tổn cao gấp từ sáu đến mười lần so với khoản Văn Đế đã trao cho thân thích của Hoàng hậu trước đây, và Văn Đế đã dễ dàng chấp thuận. Từ thời điểm đó, bà trở nên bực bội với Văn Đế, rồi lâm bệnh trong khi lòng tràn ngập đố kị, song ngay cả khi bị bệnh thì bà vẫn không chịu hòa giải với Văn Đế. Năm 440, Viên Hoàng hậu qua đời, và do đó Lưu Thiệu trở nên bực bội với Phan thục phi và con trai của bà ta là Thủy Hưng vương Lưu Tuân. Lưu Tuân biết được điều này nên đã khéo léo bợ đỡ và nuôi dưỡng mối quan hệ với Lưu Thiệu, và hai anh em do đó đã trở nên cực kỳ thân thiết.

Năm 450, khi Văn Đế muốn tấn công Bắc Ngụy để thu hồi lại các châu ở phía nam Hoàng Hà bị mất trong thời trị vì của Thiếu Đế (Văn Đế từng lấy lại được vào năm 430 song đến năm 431 lại để mất), Lưu Thiệu cùng với các tướng Thẩm Khánh Chi (沈慶之) và Tiêu Tư Thoại (蕭思話), phản đối chiến dịch song Văn Đế không nghe theo. Khi Bắc Ngụy Thái Vũ Đế phản công vào cuối năm và tiến sâu vào lãnh thổ Lưu Tống, đến tận Qua Bộ (瓜部, nay thuộc Nam Kinh, Giang Tô), đối diện với kinh thành Kiến Khang qua Trường Giang. Tuy nhiên, lúc này Thái Vũ Đế đã đề xuất về việc hai hoàng tộc thiết lập hòa bình bằng những mối quan hệ hôn nhân, theo đó một con gái của Văn Đế sẽ kết hôn với một cháu nội của Thái Vũ Đế, và một con gái của Thái Vũ Đế sẽ kết hôn với một con trai của Văn Đế là Vũ Lăng vương Lưu Tuấn (có Hán tự khác với Thủy Hưng vương Lưu Tuân). Lưu Thiệu đã ủng hộ kế hoạch này do khi đó cả hai đệ đệ của ông là Lưu Tuấn và Nam Bình vương Lưu Thước (劉鑠), cũng như thúc phụ Giang Hạ vương Lưu Nghĩa Cung (劉義恭) đều đang bị mắc kẹt trong các thành bị Bắc Ngụy bao vây; tuy nhiên một đại thần cấp cao tên là Giang Đam (江湛) đã phản đối và điều này đã khiến cho Lưu Thiệu trở nên tức giận. Sau buổi thiết triều, Lưu Thiệu lệnh cho binh lính đẩy Giang Đam ngã xuống bậc thang, gần như đã giết chết Giang. Lưu Thiệu cũng đề xuất với Văn Đế rằng nên giết chết Giang Đam và một đại thần cấp cao khác là Từ Đam Chi [徐湛之, con trai hoàng tỉ của Văn Đế là Hội Kê Trưởng công chúa Lưu Hưng Đệ (劉興弟)] vì đã ủng hộ chiến dịch. Tuy nhiên, Văn Đế đã từ chối và nói rằng việc mở chiến dịch là ý của mình và Từ cùng với Giang chỉ đơn thuần là đã không phản đối nó. Từ thời điểm này trở đi, giữa Lưu Thiệu với Giang và Từ đã phát triển một mối thù hận sâu sắc. Do vậy, Giang Đam và Từ Đam Chi tiếp tục phản đối mạnh mẽ hiệp ước hôn nhân, và nó đã không bao giờ được thực hiện.

Năm 451, Lưu Thiệu đã nhúng tay vào cái chết của một hoàng thúc, đó là Bành Thành vương Lưu Nghĩa Khang. Do Lưu Nghĩa Khang là trung tâm của nhiều âm mưu (song ông ta không trực tiếp liên quan) nhằm hạ bệ Văn Đế và đưa ông ta lên ngôi, Văn Đế đã đưa Lưu Nghĩa Khang đi lưu đày. Do quân Bắc Ngụy vẫn còn ở sâu trong lãnh thổ Lưu Tống, Văn Đế lo ngại rằng sẽ tiếp tục xảy ra các âm mưu tương tự, Lưu Thiệu cùng với Vũ Lăng vương Lưu Tuấn và Hà Thượng Chi (何尚之) cũng chủ trương giết chết Lưu Nghĩa Khang. Văn Dế do đó đã cử người đến truyền lệnh buộc Lưu Nghĩa Khang phải tự sát, song vì Lưu Nghĩa Khang từ chối nên ông ta đã bị làm cho chết ngạt.