1897年9月19日 生于湖南省新宁县。
1913年，刘敦桢考取官费留学日本。
1916年，入东京高等工业学校机械科，次年转入建筑科，1921年获学士学位。
1922年，回国任上海绢丝纺织公司建筑师，并与柳士英等肇建了第一所中国人经营的华海建筑师事务所。
1923年，又与柳士英等创设了苏州工业专门学校建筑科并任讲师，为国家培养了首批建筑工程方面的人才。
1925年，任湖南大学土木系讲师；1927年任中央大学建筑系副教授；1930年加入中国营造学社。
1933年，任中国营造学社研究员兼文献主任；
1943-1949年，在中央大学创立中国最早的建筑系，任中央大学建筑系教授、系主任，工学院院长；
1949年，中央大学改名南京大学，任南京大学建筑系教授。
1952年，南京大学工学院独立组建南京工学院，刘敦桢调任南京工学院（今东南大学）建筑系教授、系主任，华东建筑设计公司、南京工学院合办中国建筑研究室主任（该研究室的名称与隶属关系后屡经变更，并最终定名为：建筑工程部 建筑科学研究院 建筑理论及历史研究室 南京分室，刘敦桢任研究室副主任兼南京分室主任）。
1951年，当选南京市人大代表；1954年，选为江苏省人大代表；1964年，被选为第三届全国人大代表。
1955年，被任命为一级教授和中国科学院技术科学部委员。
1956年，参加中国共产党。是江苏省土木建筑学会第一、二届副理事长。此外，还担任全国和省、市建筑学会的理事、理事长等职。
1957-1959年间，曾代表我国建筑界和文化界出访波兰、苏联和印度。
1968年5月10日，卒于南京，终年71岁。
编著有《中国住宅概说》、《中国古代建筑史》；撰有《北平智化寺如来殿调查记》、《西南古建筑调查概况》等论文；出版有《刘敦桢文集》（4卷本）、《刘敦桢全集》（10卷本）。
1956年发表了专著《中国住宅概论》，在国内学术界掀起了对这一领域全面开展研究的热潮。后来，又开展了中国古典园林的研究，他率领助手们对苏州大、中、小典型园林、详细测绘，八、九年间绘制测绘图纸2000余张，摄影2万余幅，文字稿10万余字。此项工作因“文革”而中断，遗稿于1979年由他的助手和后人整理出版。出版后，蜚声中外，又被译成英、日文出版。他集中了建筑史学界和部分考古学界的老、中、青学术精英，主持、编写了《中国建筑简史》和《中国古代建筑史》，历时7载，改稿8次，终于在1966年成书。该书至今仍是重要参考书，1988年获全国高校优秀教材特等奖。
1 刘敦桢．佛教对中国建筑之影响．上海：科学杂志，1928，13（2）．
2 刘敦桢．法隆寺与汉、六朝建筑式样之关系补注．北平：中国营造学社汇刊，1932，3（1）．
3 刘敦桢．北平智化寺如来殿调查记．北平：中国营造学社汇刊，1932，3（3）．
4 刘敦桢．大壮室笔记．北平：中国营造学社汇刊，1932，3（3）．1933，3（4）．
5 刘敦桢．牌楼算例．北平：中国营造学社汇刊，1933，4（1）．
6 刘敦桢．明长陵．北平：中国营造学社汇刊，1933，4（2）．
7 刘敦桢．重修圆明园史料．北平：中国营造学社汇刊，1933，4（2，3，4）．
8 刘敦桢．石轴柱桥述要（西安灞、浐、丰三桥）．北平：中国营造学社汇刊．1934，5（1）．
9 刘敦桢．定兴县北齐石柱．北平：中国营造学社汇刊，1934，5（2）．
10 刘敦桢．易县清西陵．北平：中国营造学社汇刊，1935，5（3）．
11 刘敦桢．河北省西部古建筑调查纪略．北平：中国营造学社汇刊，1935，5（4）．
12 刘敦桢．北平护国寺残迹．北平：中国营造学社汇刊，1935，6（2）．
13 刘敦桢．清皇城宫殿衙署图年代考．北平：中国营造学社汇刊，1935，6（2）．
14 刘敦桢．苏州古建筑调查记．北平：中国营造学社汇刊，1936，6（3）．
15 刘敦桢．河南省北部古建筑调查记．北平：中国营造学社汇刊，1937，6（4）．
16 刘敦桢．河北古建筑调查笔记．北平：刘敦桢文集．第三卷，北京：中国建筑工业出版社，1987：1—23．
17 刘敦桢．河南古建筑调查笔记．北京：刘敦桢文集．第三卷．中国建筑工业出版社，1987：24—87．
18 刘敦桢．龙门石窟调查笔记．刘敦桢文集．第三卷．北京：中国建筑工业出版社，1987：129—139．
19 刘敦桢．河南、陕西两省古建筑调查笔记．刘敦桢文集．第三卷．北京：中国建筑工业出版社，1987：140—156．
20 刘敦桢．告成周公庙调查记．重庆：国立中央研究院专刊，1939年5月。
21 刘敦桢．西南古建筑调查概况．刘敦桢文集．第三卷．北京：中国建筑工业出版社，1987：320—358．
22 刘敦桢．云南古建筑调查记．刘敦桢文集．第三卷．北京：中国建筑工业出版社，1987：359—401．
23 刘敦桢．云南之塔幢．四川南溪李庄．中国营造学社汇刊，1943：7．
24 刘敦桢．川、康之汉阙．刘敦桢文集．第三卷．北京：中国建筑工业出版社，1987：429—442．
25 刘敦核．中国之廊桥．科技史文集．第二辑．上海：科学技术出版社，1979：9—13．
26 刘敦桢．六朝时期之东西堂．重庆：说文月刊，1944年第四卷．
27 刘敦桢．苏州云岩寺塔．文物参考资料．1954年7月，北京：文物出版社，27—38．
28 刘敦桢．访问印度日记．刘敦桢文集．第四卷，北京：中国建筑工业出版社，1993．
29 刘敦桢．鲁般营造正式·文物．1962年2月，北京：文物出版社，9—11．
30 刘敦桢．中国古代建筑史（教学稿）．刘敦桢文集．第四卷．北京：中国建筑工业出版社，1993．
31 刘敦桢．中国古代建筑营造之特点与嬗变．刘敦桢文集．第四卷，北京：中国建筑工业出版社，1993．
32 刘敦桢．中国住宅概说．北京：建筑工程出版社，1957．
33 刘敦桢．中国古代建筑史．北京：中国建筑工业出版社，1980．
34 刘敦桢．苏州古典园林．北京：中国建筑工业出版社，1979．
35 刘敦桢等．中国建筑简史．北京：中国工业出版社，1962．
刘敦桢一贯对工作认真负责，严谨治学，严于律己，诲人不倦，热爱祖国，淡泊名利。抗战前夕，日军占领了东北和热河，知道刘敦桢曾留学日本又有古建筑特长，要他去承德为伪满整修避暑山庄，先给大洋10万。面对日军的强力压迫，他毫不犹豫地严词拒绝。
刘敦桢毕生的科研成就，后人已将他的学术论文等汇编为《刘敦桢文集》4卷，由中国建工出版社出版。
