Tào Mao là con trai của Đông Hải Định vương[1] Tào Lâm và là cháu nội của Ngụy Văn đế Tào Phi, vua đầu tiên của nhà Ngụy. Thời trẻ ông được ban tước vị Cao Quý hương công. Từ năm 251, quyền hành trong triều đình nhà Ngụy lọt vào tay họ Tư Mã. Đến năm 254, do hoàng đế Tào Phương có âm mưu chống lại Tư Mã Sư nên bị Tư Mã Sư phế truất. Sau đó Tư Mã Sư xin ý kiến của Quách Thái hậu (vợ Minh đế Tào Duệ) về người kế vị. Quách Thái hậu quyết định chọn Tào Mao, khi đó mới 14 tuổi lên làm hoàng đế, đổi niên hiệu là Chính Nguyên.[2]