务农，少年的时候跟从父亲兄弟致力耕种，有时砍柴在市场上卖。回来学习读书，在座位上铭刻“必为圣人”四字，里中由此称他为刘圣人。天启初年，考中乡试。奢崇明造反时，他进见地方监司提出扼守反贼归路的计策，监司没有采用。崇祯元年（1628年）考中进士，改庶吉士。刘之纶与同在史馆中读书的金声以及接纳为客人的申甫成为朋友，制造单轮火车、偏厢车、兽车，挖空木头做成西洋大炮小炮。崇祯二年(1629年)冬，后金入侵，京师戒严。金声上书得以被皇帝召见，即推荐两位朋友。皇帝立即召见刘之纶、申甫。刘之纶谈论军事，条理清楚