1895年：2月4日生于江苏省江阴市一个知识分子家庭。
1909年—1911年（14岁—16岁）：在常州中学求学时，参加校中军乐队，学习吹军号及军笛，开始接触西洋铜管乐。
1911年：辛亥革命，学校停办之后回到故乡江阴参加“反满青年团”军乐队，吹奏军号。从此时开始音乐工作。
1912年—1914年（17岁—19岁）：赴沪参加沪西开明剧社，任乐队工作。在这时期学习各种西乐器，举凡管弦乐器、钢琴等，均加学习，尤以铜管乐器多有深造，并对西洋作曲理论有所接触。
1914年：开明剧社解散，解散，返里任教于华墅华澄小学。开始了他音乐教学的生涯。1915年（20岁）：是年春丧父，复贫病失业，心境恶劣，偶赴市购得二胡一把，每日拉奏，随产生《病中吟》旋律初稿，表达他当时的不得志和内心的抱负。秋任教常州母校，为母校建立了军乐队与丝竹合奏团，常至民间演出。
1916年（21岁）：与殷尚真女士结婚。被江苏省立五中聘为音乐教员，并在该校组织了丝竹部和军乐部两支乐队。
1917年（22岁）：向江南民间音乐家周少梅学习二胡及琵琶等。
1918年（23岁）：夏，从沈肇洲先生学习崇明派琵琶的演奏。开始创作《病中吟》、《月夜》、《空山鸟语》等曲。
1920年（25岁）：夏，赴河南学习古琴，沿途还一路寻访民间艺人，采集各处民间音乐。染癣疥，负病归。至此，刘天华比较深入地认识到中国传统音乐精致典雅的一面。 在此期间，他对各种传统民间音乐也进一步学习，他常和熟习音乐的好友澈尘和尚探索研究民间音乐及佛教音乐。
1921年（26岁）：到上海参加“开明剧社”乐队，在江阴组织暑期“国乐研究会”，授《病中吟》《月夜》《空山鸟语》等曲。
1922年（27岁）：赴北京，先后任北京大学音乐传习所国乐导师、北京女子高师和国立艺专音乐系科的二胡、琵琶、小提琴教授，结识了音乐家萧友梅、杨仲子等人。他的学生有曹安和、王君仪、韩权华、萧伯青、吴伯超等。
1923年（28岁）：从托诺夫学习小提琴，同时悉心钻研西洋音乐理论，得到了不错的成就。小提琴的学习，给予他对胡琴的改进十分大的启发，他又对西洋作曲方式，尤其西方和声学的进一步研习。
1924年（29岁）：《月夜》定稿。
1926年（31岁）：除北大与女师外，又任教于艺专。创作《苦闷之讴》。学习昆曲。在家中组织了学习昆曲的组织，和北大、及女子师范大学的学生共同学习研究，又学习三弦拉戏，并不时研究欣赏京剧，这些都对他以后的作曲有不小帮助。
1927年（32岁）：从北京燕京大学音乐系外籍教授学习理论作曲。因托诺夫去津，改从欧罗伯学习，6月，欧罗伯离京，停。创办国乐改进社，编辑出版了《音乐杂志》（共10期)。创作《歌舞引》《改进操》《悲歌》。
1928年（33岁）：创作《除夜小唱》（良宵）、《闲居吟》，发表《空山鸟语》定稿。
1929年（34岁）：创作《虚籁》。
1930年（35岁）：3月，继续从托诺夫学习，直至罹病，未间断。听写《梅兰芳歌曲谱》一册。
1931年（36岁）：在高亭公司灌音二胡曲《病中吟》及《空山鸟语》，琵琶曲《歌舞引》及《飞花点翠》。
1932年（37岁）：创作《独弦操》及《烛影摇红》。6月1日赴天桥收集锣鼓谱，染猩红热，罹病仅一星期，6月8日晨5时20分逝世。享年整37岁（别处记载38岁，是按虚岁计算）。
刘天华的音乐创作成就，主要在民族器乐曲方面，共作有十首二胡曲：《病中吟》、《月夜》、《苦闷之讴》、《悲歌》、《空山鸟语》、《闲居吟》、《良宵》、《光明行》、《独弦操》、《烛影摇红》三首琵琶曲：《歌舞引》、《改进操》、《虚籁》。一首丝竹合奏曲《变体新水令》、编有四十七首二胡练习曲、十五首琵琶练习曲，还整理了崇明派传统琵琶曲十二首，其中他改编的《飞花点翠》于1928年由高亭唱片公司录制唱片，已成为琵琶经典乐曲。
在中国近代，主张学习西乐以改进国乐的这种思想，并非由刘天华最早提出，早在1903年匪石写的《中国音乐改良说》一文中就已提出此说，而当时如萧友梅、黄自等音乐家也同样富有这种思想，并在音乐的改革上有所成就。然而正如其兄刘半农所说的，当时除天华之外，“中西兼擅，理艺并长，而又能会通其间者，当世盖无第二人”。尤其当时主张改革中国音乐者，多为留学国外而擅长西乐者，像他这样深入了解中国传统音乐的人可说十分地少，也因此他在国乐的创造改进上，能够更深地奠基于中国音乐之上，而能有不凡的成绩。
另一方面，中国流传广泛的各种民间音乐，当时受到了知识分子们的轻视，地位十分低落，发展前途堪虑，刘天华抱着将音乐普及大众的想法，因此整理保存了不少民间音乐，并将其融入其音乐当中。此后，音乐家对于民间音乐的重视日渐提高，造成在后来的国乐发展中，民间音乐为一重要的成份。
在各类中国音乐之中，他影响最大的，莫过于二胡音乐。在传统中国，二胡仅是民间戏曲及地方音乐的伴奏乐器，地位不高。但由于他对于乐器的改革、十首独奏曲的创作以及有系统的二胡教学法的建立，使得二胡音乐的内含有所增益，且成为能够独奏的乐器，使得中外人士对二胡看法有所改变，二胡也因此进入了高等音乐教育之中，从此在中国音乐中的重要性大为提升。
刘天华虽然尚未能达成他的理想，“让国乐与世界音乐并驾齐驱”，但他实对于近现代国乐的发展开启了很好的道路，被誉为二胡鼻祖。
刘天华在教学之余学习小提琴和西洋作曲理论，并在民族音乐的基础上吸收西洋音乐和演奏技巧，在民族器乐创作和演奏上取得了杰出的成就。刘天华选择二胡作为改革国乐的突破口，借鉴了小提琴的大段落颤弓等技法和西洋器乐创作手法，融合了琵琶的轮指按音、古琴的泛音演奏等技巧，并确立和运用了多把位演奏法。所有这些，使二胡从乐曲到演奏上都增添了艺术表现的深刻性，从而使这件古代并不受人重视的民间乐器变成近代专业独奏乐器，成为中国民乐的主角与代表，因而刘天华被视为近现代二胡演奏学派奠基人，二胡鼻祖。
刘天华是一位具有革新精神的音乐家。他将过去被轻视的民间乐器二胡加以改革，纳入到专业音乐教学之中，使其成为音乐会上经常独奏的乐器。他改进二胡的制造规格和记谱法，明确固定音高的定弦，并吸收提琴某些演奏方法。他还创作了二胡练习曲47首，为二胡教学的系统化打下了坚实的基础。他改进了琵琶教学，创作了琵琶练习曲15首；他曾将四相十品的传统琵琶加以改革，制作了六相和加半音品位的琵琶。他用近代记谱法记录、整理的《梅兰芳歌曲谱》，是最早根据实际演唱作记录的京剧曲谱。
他发起与参与组织国乐研究会、乐友社、爱美乐社、国乐改进社等音乐社团，创办《音乐杂志》，对当时民族音乐的发展与传播产生了很大的影响。他第一个采用了近代记谱法记录了《梅兰芳曲谱》，并在收集、整理民间音乐方面作出了很大的贡献。刘天华与其兄刘半农（著名文学家）、其弟刘北茂（著名音乐家）被誉为中国近现代文华史上的“刘氏三杰”。
在五四新文化运动的影响下，刘天华为民族音乐的发展开辟了新的道路。他中西兼擅，理艺并长、而又能会通其间。他反对全盘西化，但也不排斥西方文化。在创作上既能掌握民族音乐的创作规律，又能巧妙地吸收借鉴西洋技法。他不仅将民间状态的二胡升格为富于独特艺术魅力的独奏乐器，达到高等乐府专业教学的层面，而且这些作品深受人民大众的喜爱，成为中国民族音乐宝库中的珍品。他是近现代二胡艺术的奠基人，当代中国的二胡演奏艺术无不受其理论与风格的影响。在民族乐器改革和演奏技艺的创新上，他又是一个勇于开拓的革新家。他毕生为民族音乐创作与教育而奋斗，培养了蒋风之、陈振铎等一批著名演奏家、理论家和教育家。可以说，刘天华是中国近现代民族音乐发展的奠基者、开拓者，民族音乐的一代宗师。
刘天华一生致力于改进国乐，反对音乐成为“贵族们的玩具”，提出音乐“要顾及一般民众”。他珍视中国民族音乐传统，但不赞成抱残守缺的“国粹主义”，认为发展国乐，“必须一方面采取本国固有的精粹，另一方面容纳外来的潮流，从东、西方的调和与合作之中，打出一条新路来”。
