Năm 361, Tấn Mục Đế băng hà trong khi không có con trai. Mẹ của Mục Đế là Trử Thái hậu do đó là chọn Tư Mã Phi kế vị ngôi vị hoàng đế, ông lên ngôi và trở thành Ai Đế, khi ấy ông 20 tuổi. Ông phong vợ mình làm hoàng hậu, và hoàng đệ Tư Mã Dịch, trước đó mang tước vị Đông Hải vương, nay trở thành Lang Da vương. Do ông đã trưởng thành, Trử Thái hậu không còn giữ vai trò nhiếp chính, và mẹ ruột của ông, Chu quý nhân trở thành thành Chu Thái phi (皇太妃) vào năm 362, song được hưởng vật chất và nghi lễ tương đương với thái hậu. Tuy nhiên, quá trình ra các quyết định phần lớn nằm trong tay tướng Hoàn Ôn và Hội Kê vương Tư Mã Dục.

Năm 362, Hoàn Ôn sau khi chiếm được vùng Lạc Dương, đã yêu cầu dời đô đến Lạc Dương, Lạc Dương từng là kinh đô của nhà Tấn cho đến khi mất vào tay Hán Triệu vào năm 311. Tuy nhiên, triều đình theo một chiếu chỉ của Ai Đế, đã từ chối việc này.

Năm 363, Chu Thái phi qua đời. Để phù hợp với nghi lễ chính thức rằng ông không còn có thể tôn vinh bà là mẹ do vẫn còn Trử Thái hậu, Ai Đế đã không tuân thủ thời gian tang lễ thông thường đối với một người mẹ.

Ai Đế bị việc trường sinh bất lão ám ảnh tinh thần mặc dù ông vẫn còn trẻ. Năm 364, ông bị các pháp sư dùng thuốc đầu độc, ông đã ngã bệnh và không thể giải quyết các vẫn đề quan trọng. Trử Thái hậu một lần nữa trở thành người nhiếp chính.

Sai đó vào năm 364, Tiền Yên đã mở một cuộc tấn công lớn nhắm vào Lạc Dương, Hoàn Ôn và Tư Mã Dục đã xem xét đến một cuộc phản công để giải vây cho Lạc Dương. Tuy nhiên, Ai Đế đã qua đời vào đầu năm 365 nên kế hoạch bị hủy bỏ và Lạc Dương nhanh chóng thất thủ. Do Ai Đế không có con trai, hoàng đệ là Tư Mã Dịch lên ngôi, trở thành Tấn Phế Đế. Vương Hoàng hậu mất trước Ai Đế khoảng một tháng, họ được táng chung ở lăng An Bình.