汉成帝结发妻子许皇后先后生下一儿一女，但不久都早夭；之后与班婕妤有一子，也早夭；后来宠幸赵飞燕、赵合德姐妹，皆无子，而赵氏姐妹迫害后宫，导致汉成帝最终绝后，皇位只能由侄子继承。
绥和元年，汉成帝册封异母弟定陶恭王刘康之子刘欣为皇太子。
移祸丞相
就在立刘欣为皇太子的第二年，即绥和二年（前7年）二月，出现了异乎寻常的天象，光耀汉王朝的火星竟然失去了往日的光采，似乎是被水浇了一样。一时间人心惶惶，都认为是皇帝将有不测，刘骜极为紧张，到处寻找破解之法。
此时一个自称善于星相的郎官贲丽粉墨登场，说此事也容易，只要找一个权重位尊的大臣作替身就行。于是丞相翟方进当即被召见，要求他为国尽忠。翟方进刚返回丞相府，刘骜的诏书就尾随而来，将翟方进斥责一通，说他丞相当得不合格，以致政事紊乱、天灾不断，要他自己看着办，翟方进只好自杀。
得到丞相的死讯，刘骜龙颜大悦，为翟方进隆重举行了葬礼，还亲临致祭，他自认为灾星已退，自己有望长命百岁了。
中风而亡
绥和二年（前7年）二月，刘骜夜宿未央宫，第二天早晨起床穿衣，准备接见辞行的楚思王刘衍和梁王刘立，谁知刚刚穿上裤袜，衣服还没能披上身，就忽然身体僵直、口不能言，中风扑倒床，动弹不得。
绥和二年三月，酒色侵骨的汉成帝在赵合德的怀抱中中风暴死于长安未央宫，孝元王太后“治问皇帝起居发病状”，赵合德畏罪自杀。
汉成帝在位25年，终年45岁。谥号“孝成皇帝”，葬于延陵（今陕西咸阳市东）。
汉成帝死后，皇太子刘欣继位，是为汉哀帝。
为政举措
重视农业
汉成帝在位时，提拔农学家氾胜之担任议郎，后其又被任命为“劝农使者”，负责“教田三辅”。氾胜之所撰的《氾胜之书》是中国第一部较为完整的农业科学专著，发展了战国以来的农学，在当时被各地广泛采用，享有很高的声誉，对后世也产生了深远的影响。
采集图书
河平三年（前26年），汉成帝鉴于秘府之书多有亡散残缺，继汉武帝刘彻之后，又一次大规模地在全国范围内采访图书文献。
汉成帝下诏使谒者陈农求遗书于天下，又委任光禄大夫刘向总领校勘、整理采访来的书籍，命刘向校经传、诸子、诗赋；步兵校尉任宏校兵书；太史令尹咸校数术；太医监李柱国校方技，每校完一书，辄条其篇目，撮其旨意，做成提要，论其指归，辩其谬误，连同定本送交，由他亲自观览后定夺。这一时期的图书征集和编校文献活动，对后世的目录学、校雠学、藏书学有十分深远的影响。最早的分类法和目录《别录》、《七略》就在此间问世，开创了世界上最早的图书分类、编目工作的实践。
结好邻邦
河平四年（前25年）正月，匈奴单于来长安朝汉。同年四月，罽（jì，西域国名）遣使朝汉。
历史评价
班固《汉书》：“臣之姑充后宫为婕妤，父子昆弟侍帷幄，数为臣言：成帝善修容仪，升车正立，不内顾，不疾言，不亲指，临朝渊嘿，尊严若神，可谓穆穆天子之容者矣！博览古今，容受直辞。公卿称职，奏议可述。遭世承平，上下和睦。然湛于酒色，赵氏乱内，外家擅朝，言之可为於邑。建始以来，王氏始执国命，哀、平短祚，莽遂篡位，盖其威福所由来者渐矣！”
后世纪念
延陵是全国重点文物保护单位，位于陕西省咸阳城北5公里处渭城区周陵乡马家窑村。
汉成帝死葬延乡，故名延陵。陵冢为覆斗形，底部周长690米，高29.2米，四阙遗迹仍然存在。陵东北500米处有班婕妤墓，俗称愁娘娘坟。形如覆斗，底部周长320米，高14米，顶边30米。有7座陪葬墓布其东翼。
延陵陵顶中央陷下一个3米深的大坑，可能是墓室被盗导致的陵顶塌落。陵冢正南有清代陕西巡抚毕沅所书“汉成帝延陵”石碑一通。
延陵东北约600米处，有汉成帝班婕妤墓，当地群众称为“愁女坟”或“愁娘娘坟”。班婕妤是汉代著名史学家班彪的姑母，她博通经史，为人端庄大方，常作赋抒发伤感之情。留传今日的还有《自悼赋》、《捣素赋》、《怨歌行》三篇。成帝死后，她以婕妤的身份守园陵，死后陪葬于延陵附近。陵高14米，呈复斗形，陵基周围曾出土云纹瓦当和其他汉代砖瓦残块。
延陵之西还有一大冢，疑为许皇后陵。许皇后是大司马车骑将军平恩候嘉女，成帝为太子时入宫为妃，即帝位时立为皇后。《汉书·外戚传》载：“后聪慧，善诗书”，得宠于成帝。赵飞燕入宫后，为了夺得皇后的宝座，便向成帝谮告许皇后，结果被册收皇后玺，废居昭台宫。缓和元年（前8年），“赐药自杀，葬延陵交道厩西”。
家庭成员
父母
妻妾
弟弟
儿子
生有四子。皆夭折。
侄子
史籍记载
《汉书·卷十·成帝纪第十》
影视形象
