Khi còn trẻ, Lưu Yên đã làm quan ở châu quận, không lâu sau được giao làm trung lang lo việc thờ cúng tông miếu. Sau khi thầy học Trúc Điềm qua đời, ông từ quan về ở ẩn tại núi Dương Thành, tiếp tục nghề nối nghề của Trúc Điềm chuyên nghiên cứu sách lược và dạy dỗ môn đồ.

Không lâu sau, tiếng tăm về tài năng của ông vang xa, ông được tiến cử làm quan ở phủ Tây đô, lần lượt giữ các chức huyện lệnh Lạc Dương, Tông chính thái thường[1].

Trước tình hình loạn lạc, ông từng tâu Hán Linh Đế nên tuyển lựa trọng dụng nhân tài, bỏ tệ mua quan bán tước để thiên hạ yên ổn trở lại. Nhưng vua Linh Đế bó tay không làm được gì nhiều để ổn định tình hình lúc đó, chỉ thực hiện việc bổ dụng chức Châu mục các châu là chức cao hơn Thứ sử đứng đầu các châu đương thời nhằm củng cố bộ máy quyền lực của triều đình. Tuy nhiên chính các sử gia cho rằng việc bổ nhiệm chức Châu mục là một trong các nguyên nhân làm xảy ra nạn cát cứ quần hùng sau đó[2].

Lưu Yên vốn có ý giành lấy chức Châu mục Giao Chỉ để cát cứ tách ra khỏi trung nguyên tạo thành một quốc gia độc lập[2]. Bạn ông là Trương Đổng Phù khuyên ông nên vào Ích châu. Lưu Yên nghe theo, bèn xin Linh Đế làm Ích châu mục. Linh Đế đồng ý, phong Lưu Yên làm Ích châu mục kiêm Giám quân sứ giả, tước Dương Thành hầu[3].