垂拱元年（685年）八月，李隆基生于神都洛陽，是時任皇帝、唐睿宗李旦的第三子。雖然一出生就是皇子，但當時朝廷大權都由睿宗之母、皇太后武氏所掌握，因此睿宗不過傀儡而已，李隆基這個皇子，也更加無足輕重。
此后，李隆基曾受封楚王，并過繼給早逝的伯父李弘為嗣子；天授元年（690年），皇太后稱帝，睿宗被降封皇嗣，為了消除李唐皇室的影響力，年幼的李隆基隨父親李旦幽居深宮，數年間都不能和外界接觸。
長壽二年（693年）冬，皇孫李隆基被降封臨淄王。第二年正月，李隆基之母竇氏因為受人誣告為“厭蠱咒詛皇帝”，被武曌命人秘密地殺死，連安葬在哪里都不知道。之后，其父李旦也被誣告“異謀”，武曌讓酷吏審訊，幾乎至李旦于死地，幸好太常寺樂工安金藏為了保護皇嗣，不惜剖腹“以證皇嗣不反”，李旦一家才躲過了這場莫名的災禍。
圣歷二年（699年），十四歲的李隆基與諸兄弟再次出閣讀書。此時其祖母武曌已經年邁，經過一番考慮后，放棄立侄子武承嗣為皇太子之的念頭，將李隆基的伯父、前太子李顯接回神都，重立為皇太子，皇嗣李旦則改封為相王。
此后數年，李隆基以臨淄王的身份，先后出任親衛府右衛郎將、尚輦奉御。神龍元年（705年），宰相張柬之等朝臣發動了“神龍政變”，殺死了亂政的武曌男寵張易之、張昌宗兄弟，迫使武曌禪位于皇太子李顯，中宗因此得以復位。李隆基雖然沒有參與這場政變，但全程目睹了整個過程，親人們之間的權力爭斗，也深深映入他的腦中。
中宗復位后，因為長期被母親所壓制，因此性格懦弱、遇事退縮，治國無能，朝政大權逐漸被皇后韋氏和中宗幼女安樂公主所控制。韋皇后想要效法婆母則天皇帝、獨攬大權（甚至稱帝），安樂公主也想要得到“皇太女”的名號，于是大力打擊反對她們擅權的朝臣，當初發動政變、恢復大唐的功臣們大多被韋皇后慫恿中宗貶官驅逐，就連皇太子李重俊被也被安樂公主逼迫起兵反抗，失敗后被殺。
此時，李隆基已經于景龍二年（708年）出外任官，領潞州別駕。在看到朝中的亂局后，二十四、五歲的李隆基不甘心祖宗的基業一再被外人所篡奪，于是開始暗中準備、招攬親信，預備當社稷發生危難時，立即舉事平息動亂。
景龍四年（710年），李隆基從潞州（今山西長治）回到了京師長安。此時韋皇后的謀奪大權行動已愈發明顯。為了提前準備，李隆基偷偷在皇帝的親軍“萬騎”中聯絡反對韋氏集團的勇士，發展自己的勢力，以應對即將到來的變局。
景龍四年（710年）六月，中宗突然駕崩，傳言是死于韋皇后和女兒安樂公主之手。韋皇后迫不及待，在立中宗幼子溫王李重茂為皇帝后，更想要繼婆母武曌之后，當第二個女皇帝，并準備鏟除對自己有威脅的相王李旦、太平公主。
但韋皇后還來不及動手，李隆基就搶先和姑母太平公主聯手，與太平公主的兒子衛尉卿薛崇簡，苑總監鐘紹京、尚衣奉御王崇曄、前任朝邑尉劉幽求、禁軍將領陳玄禮、葛福順、李仙鳧等人發動了政變，于唐隆元年（即景龍四年、710年）六月二十率軍沖入皇宮，誅殺了韋皇后、安樂公主，以及韋氏集團諸多黨羽，滅韋氏全族。這即是“唐隆政變”。
在舉兵之前，有人請求李隆基將發動政變之事告訴相王，李隆基則回答說自己是為了拯救社稷，救君父之危，成功了是宗廟和社稷的福祉，假如不幸失敗，自己也是忠孝而死。怎么能夠連累父親，讓他擔心、并且牽扯進來呢？因此，李隆基決定瞞著父親，單獨行動。
直到政變成功、韋皇后和安樂公主都被誅殺后，李隆基才在六月二十一出宮，拜見父親相王李旦，向父親叩頭謝罪，述說自己事前隱瞞實情、發動起兵的經過。相王驚喜交加，流淚攙扶起李隆基說：“大唐宗廟社稷得以保全，都是你的功勞，哪里有什么過錯！”
隨即，李隆基率軍迎相王李旦入宮，“輔佐”少帝李重茂。三天后，在李隆基和姑母太平公主的策劃下，相王受侄子李重茂禪位，登基稱帝，唐睿宗也第二次登上了皇位。
睿宗登基后，先是封李隆基為平王，后又在嫡長子李成器的力辭下，將儲君之位改授李隆基，冊立其為皇太子。但這樣一來，讓同樣有巨大權力欲的太平公主產生了危機感，認為皇太子將要危及自己的權勢地位，于是原本的合作者變成了敵手。
太平公主自恃擁立睿宗登基有功，于是經常學著母親武曌當年的樣子，不斷干預睿宗的執政、插手朝政。而皇太子精明強悍、才能出眾，經常為了控制權力而妨礙自己參政，所以太平公主想影響睿宗、改易太子。皇太子自然不愿輕易低頭、任人擺布，也想清除掉太平公主在朝中的影響力。姑侄二人的矛盾，越來越明顯。
對妹妹和兒子之間的矛盾斗爭，睿宗深到不安，天性恬淡的他為了維護社稷穩定、李唐皇室不至于再次內訌，于是先命皇太子監國，后又在景云三年（712年），不顧太平公主的反對，把帝位禪讓給了皇太子李隆基，改元先天，李隆基即唐玄宗。
但睿宗的主動讓位，并沒有平息玄宗和太平公主之間的矛盾，反而更加激發了雙方的敵意。皇帝和姑母都在暗暗積蓄力量，準備一舉除掉對方。
先天二年（713年），太平公主和黨羽宰相竇懷貞、岑羲、蕭至忠、崔湜、左羽林大將軍常元楷、知右羽林將軍事李慈等人合謀，準備武力推翻皇帝玄宗，同時計劃在玄宗飲食中下毒。玄宗得知消息后，與心腹王琚、張說、崔日用討論，決定先發制人，誅殺太平公主一黨。
于是，玄宗于先天二年（713年）七月，召集弟弟岐王李范、薛王李業，及禁軍統帥郭元振、龍武將軍王毛仲、殿中少監姜皎、太仆少卿李令問、尚乘奉御王守一、內給事高力士、果毅李守德，發動平亂行動，趁太平公主集團不備，突然出兵誅殺了左、右羽林大將軍常元楷、李慈，宰相岑羲、蕭至忠、竇懷貞 也被誅殺、或者自裁，長安城中的太平公主黨羽頃刻間被全部消滅。
眼見黨羽被誅殺殆盡，太平公主驚慌失措之下，不得不逃離府邸，躲入佛寺中避難，三天后才無奈返回，并向已經退位的太上皇哭求庇護。太上皇親自出面向玄宗求情，請赦免太平公主的死罪，但被玄宗拒絕。太平公主絕望之下，被賜于家中；這就是“先天政變”。平息亂局后，玄宗把年號改為“開元”，決心勵精圖治、重現大唐盛世。
玄宗徹底掌握皇權后，立即選用賢能、提倡文教、改定官制、整頓吏治，大力發展農事，減輕民間負擔，使得武曌晚年以來混亂、衰敗的朝政迅速得到改善，國力也大大恢復。
早年的玄宗有膽量、有魄力，精通治國方略，知人善任且善于發現人才，所提拔的宰相大多是通曉治國，盡心竭力操勞國事的名臣、能臣。依靠這些賢臣，和玄宗本人的勤政，大唐文化、經濟、軍事各方面都得到了極大的提高，政局十分穩定。君臣一心、上下同力的良好氛圍，讓早年的玄宗完成了開創“開元盛世”的偉大成就。
但在盛世蓬勃發展之下，危機也在緩慢萌芽。由于經濟的過快發展，導致土地兼并激烈，農戶不斷逃亡，朝廷穩定的基礎——均田制、府兵制、租庸調制都面臨崩潰結局。而玄宗大力提倡的“節度使”制，使得邊境武將統轄的軍事力量越來越強，而中樞的軍備廢馳衰落，結果就是內輕外重，強枝弱干，手握兵權的武將開始有了自立、反叛之心，國家也將因此遭受巨大的災難。
晚年的玄宗沉溺陶醉于自己之前的巨大成就中，逐漸沒有了年輕時勵精圖治、虛心從諫的精神，也失去了當初的節儉、謙省習慣。
從開元二十五年（737年），因聽信讒言，將三個兒子——皇太子李瑛、鄂王李瑤、光王李琚廢為庶人并賜死開始，玄宗逐漸變得昏聵庸碌、驕奢淫逸、揮霍貪婪，還不顧禮法，將兒媳壽王妃楊玉環納入宮中，封為貴妃。天下的風氣，也都隨著玄宗的喜好而改變，大唐在表面的升平繁華下，潛在的危機和矛盾已經不斷激化，禍亂近在眼前。
玄宗晚年先后寵信李林甫、楊國忠，二人把持朝政、打擊異己，排擠忠直大臣，使得原本清明的朝政迅速腐敗，朝綱紊亂 ，更加加劇了政事的敗壞，“開元盛世”逐漸演變為“天寶中衰”。
天寶十四載（755年）十一月初九，早有反叛心思的范陽、平盧、河東節度使安祿山，趁著玄宗晚年的昏庸驕奢、不理政事，以及朝廷內部政治腐敗、軍力空虛之際，打著“憂國之危、討伐奸臣”的旗號，在范陽起兵，然后率十五萬邊軍南下，進攻洛陽、長安。
當時，因為陶醉于盛世，承平日久，軍民久未經歷戰爭，所以叛軍一路長驅直入、連戰連勝，河北、河南諸地的州縣望風瓦解，當地官員或逃或降，幾乎沒有抵抗。
天寶十五載（756年）初，叛軍占領了東都洛陽，隨后又擊敗了防守潼關的唐軍，生俘守將哥舒翰。當年六月，叛軍大舉進入關中，長安陷落。
在長安陷落前，玄宗于六月十三率皇太子李亨、后妃、百官、禁軍六軍倉惶逃離皇宮，出逃蜀中。在逃到馬嵬坡（陜西興平西）時，隨行的將士們發生了嘩變，殺宰相楊國忠，然后迫使玄宗賜死了楊貴妃（有傳聞說，兵變是皇太子策劃的）。
此后，心灰 意冷的玄宗失去了所有的雄心，和皇太子分道揚鑣，一路西逃至蜀中成都。皇太子則率少數親隨、衛隊，向北進發，抵達朔方軍治所靈武。七月十二，在朔方軍將領以及隨侍親衛們的擁立下，皇太子李亨在靈武南門城樓舉行登基儀式，宣布繼位，改天寶十五載為至德元載，李亨即唐肅宗。
肅宗自行稱帝后，尊遠在蜀中的玄宗為太上皇（上皇天帝），并派使者前往蜀中，向還不知道自己已經成為“太上皇”的玄宗奏報情況。而人心盡失、無兵無勢的玄宗在成都得到皇太子已經自行稱帝、并奉自己為“太上皇”的消息后，也只得無奈接受，從此退出了大唐權力舞臺。
至德二載（757年）正月，叛軍首領安祿山在內訌中被兒子安慶緒所殺，叛軍內部發生混亂；九月，唐軍收復長安，肅宗也從靈武返回，回到國都。十二月，在肅宗的一再請求下，玄宗離開成都，返回了闊別一年半之久的長安，以“太上皇”的身份居興慶宮（南內），過上了退休生活。
起初，肅宗對太上皇的態度還算謙恭孝順、日常供奉也很豐裕，玄宗最初幾年的“太上皇”生活，還算輕松愜意，肅宗也時常親自去探視太上皇，父子之間相處比較融洽。
乾元二年（758年）正月，河北叛軍首領史思明再次發動叛亂，自稱“大燕天王”，并南下攻克洛陽，長安的局勢又緊張起來。肅宗生性多疑，在這局勢不明的時候，為了防止有人借“太上皇”的名義生事，甚至太上皇本人會不甘寂寞、“交通外人”，重新奪回權力，肅宗授意心腹宦官李輔國，于上元元年（760年）七月，強行將太上皇從興慶宮遷居到西內太極宮，安排住進甘露殿內，名就近為奉養，其實就是“看管、監視”起來。
而在遷居途中，李輔國膽大妄為、率五百騎兵氣勢洶洶地攔住太上皇去路，并且拔刀相向。玄宗驚懼之下，幾乎落馬，幸虧是玄宗的心腹高力士挺身而出，斥責李輔國、并親自護衛，玄宗這才安全地遷居到甘露殿中。
此事過后，李輔國向肅宗請罪，肅宗沒有怪罪李輔國對太上皇不敬，反倒安慰他“防微杜漸，以安社稷，何所懼也”。
而遷居太極宮后，玄宗僅剩的幾個近臣、親屬，也都被貶斥出朝，其中高力士被流放巫州；陳玄禮勒令致仕；玄宗的妹妹、肅宗的姑母玉真公主出居玉真觀。肅宗另外委派萬安公主與咸宜公主（都是肅宗的妹妹、玄宗的女兒）帶著重新挑選、和玄宗之前沒有任何接觸的一百多宮人，入住太極宮，侍侯、服侍太上皇的日常膳食、起居。太極宮的守衛，也都換成了老弱軍士。
遷居太極宮后，太上皇玄宗又過了一年多煢煢獨處、形影相吊的孤寂生活，心情抑郁寡歡、悲切凄涼。寶應元年（762年）四月初五，在留下了“今病既彌留，殆將不寤；常懼有悔，以羞先靈。”的遺誥后，太上皇李隆基懷著思念、悔恨、悲傷的心情，駕崩于西內太極宮神龍殿，年七十八歲；他也是大唐皇帝中，享壽最高者。
寶應元年（762年）四月十八，肅宗患病病重，張皇后欲趁皇帝得病不能理政的機會，發動政變，廢黜與自己不和的皇太子李豫、改立越王李系，并誅殺肅宗心腹宦官李輔國、程元振，以掌握大權。
但謀事不密，李輔國、程元振提前得知消息，搶先出兵保護皇太子，并擒拿張皇后及越王李系，以及他們的黨羽。當天晚上，李輔國、程元振殺越王李系、兗王李僴（肅宗之子），將張皇后囚禁在別殿。
宮中動亂發生時，肅宗已經病入膏肓，而得到皇后被囚、兩子被殺的消息后，肅宗驚懼不已，病情由此加重，隨即不治而亡（也就是嚇死的），年五十二歲；肅宗駕崩時，距離太上皇去世，僅僅十三天。
動亂平息后，在李輔國、程元振的擁立下，皇太子李豫登基稱帝，即唐代宗。代宗給祖父上廟號“玄宗”，上謚號“至道大圣大明孝皇帝”；給父親上廟號“肅宗”，上謚號“文明武德大圣大宣孝皇帝”。廣德元年（763年）三月，玄宗安葬于泰陵，肅宗安葬于建陵。
