陽城山に居住し学問に励み、人々に学問を教えて名声を博し、賢良方正に推挙されて司徒府に招かれた。やがて洛陽の県令を経て、冀州刺史・南陽郡太守・宗正・太常（皇帝の祭祀を司る九卿の筆頭に当たる役職）を歴任した。
入蜀.
霊帝の時代、政治の腐敗や黄巾の乱の影響により、刺史や太守の支配力が弱体化しているという理由で州牧を設置し、清廉な人物を地方に派遣することを提案した。
劉焉は内心では中央の混乱を避けたいと考え、交州の牧に任命される事を期待していた。しかし、侍中の董扶が益州に天子の気があると密かに告げたため、益州への派遣を望むようになった。
独立構想.
劉焉は、賈龍らに迎えられて益州に州牧として赴任し、綿竹県を拠点とした。劉焉は離反した者達を手懐け迎え入れ、寛容と恩恵で住民を懐柔しながら、秘かに独立する構想を持ったという。
南陽・三輔の民数万戸が益州に流入してくると、これらを兵士として編成し、東州兵という軍団に作り上げたという（『三国志』蜀志「劉二牧伝」が引く『英雄記』）。
張魯という宗教指導者に目をつけ、その母を自分の家に行き来させる程の親密な関係を築いた。さらに張魯を督義司馬に任命し、漢中に派遣して橋を切って道を遮断し、官吏を殺して中央と分断させた。中央には張魯のせいで連絡が取れなくなったと報告をした。その一方で、劉焉に反発した益州豪族らを弾圧し、王咸・李権（李福の父）ら十余人を殺害した。この振る舞いに、かつて劉焉を迎えた賈龍と犍為太守の任岐ら現地の豪族は憤激して反乱を起こしたため、劉焉はこれを鎮圧し、賈龍と任岐を殺害した。
以降、劉焉は驕り高ぶり、千乗余りの豪華な馬車を作りその勢威を示した。荊州刺史の劉表は、劉焉に野心がある事を朝廷に報告したという。
劉焉は羌族に恩賞を与えなかったので、それが原因で激怒した羌族が綿竹付近に侵攻する事となった。
不幸の連続.
征西将軍の馬騰は郿に駐屯していたが、劉焉・劉範父子と手を組び、董卓没後に実力者となっていた李傕がいる長安を襲撃する計画を立てていた。しかし、計画が洩れたため、劉範は槐里に逃亡した。長安を攻撃した馬騰の軍も敗北し、涼州に撤退した。李傕は逃亡中の劉範を追撃し槐里でこれを討ち取り、弟の劉誕も捕虜にされて処刑された。