19岁时被中国书法研究社吸收为该社最年轻的社员。其父为刘凤庭，其幼年在北京哈德门外的穆德小学就学半年，后因父亡回到天津武清县大良镇海自洼村，1958年由天津市第三中学考入北京艺术学院。1962年夏毕业于北京艺术学院美术系中国画山水科，同年秋到北京故宫博物院从事古代书法绘画的临摹复制和研究工作直至其逝世。刘炳森初任文物修复厂助理技术员、技术员，继任研究室助理研究员、副研究馆员，1993年任研究馆员，期间主持接受了日本书法家原田观峰和中国书法家董寿平的书画作品捐赠，赠与董寿平的《故宫博物院收藏证书》由刘炳森