大炊王是天武天皇之子舍人亲王的第七子，母亲是当麻真人山背。3岁时大炊王的父亲去世，又因为是天皇之孙无法出仕，只是个毫不起眼的皇族。

757年（天平宝字元年），大炊王取代了圣武天皇遗言中应被立为太子的道祖王，被未婚的女帝孝谦天皇立为太子。大炊王之所以被立为太子，是藤原仲麻吕（后来改名为惠美押胜）强力推荐的结果。大炊王娶了藤原仲麻吕去世的儿子藤原真从的妻子粟田诸姊为妻，并住在藤原仲麻吕的私邸，与藤原仲麻吕有十分亲密的关系。

大炊王被立为皇太子之后，藤原仲麻吕的权势更是如日中天、炙手可热。失势的橘诸兄之子橘奈良麻吕对藤原仲麻吕的崛起大为不满。橘奈良麻吕联合一众对藤原仲麻吕不满的皇族和贵族，策划谋反，试图在田村宫暗杀藤原仲麻吕，废除大炊王的储君之位，以右大臣藤原丰成为中心号令天下，逼孝谦天皇退位，并在盐烧王、道祖王、黄文王、安宿王四王中选一人为新天皇。但后来经人告密，橘奈良麻吕一党被捕，最终成为443人被流放的大事件。橘奈良麻吕、道祖王、大伴古麻吕等被严刑拷打死于狱中。

758年（天平宝字2年），大炊王接受孝谦天皇让位，即位成为天皇。但继位后，政治的实权几乎都被藤原仲麻吕掌握，而且受到藤原仲麻吕的后台光明太皇太后（藤原光明子）的强烈影响。藤原仲麻吕出任太保（右大臣），更改了一部分官厅和四等官的名称，中卫府改为镇国卫，兼任镇国太尉（太尉是长官）。另外藤原仲麻吕还受赐“朝臣”之姓，加“惠美”之氏，名改为“押胜”，是为藤原惠美朝臣押胜。淳仁天皇还赐封藤原仲麻吕封户三千户、功田一百町，并下敕令宣布藤原仲麻吕可以私铸钱、放高利贷及使用家印。藤原仲麻吕推行了提高中男、正丁的服役的最低年龄，杂徭减半，创设问民苦使、平准署等德治政策。

同年，大唐爆发安禄山之乱的消息传到日本，藤原仲麻吕从大宰府开始，在诸国严令防备。759年（天平宝字三年），因为新罗对日本的使节无礼，藤原仲麻吕下令准备征伐新罗，动员了军船394只、兵士4万700人，制定了远征计划。这次远征因为后来孝谦上皇与藤原仲麻吕关系不和而没有实行。

762年（天平宝字6年），为孝谦上皇看病的道镜受到孝谦上皇的宠爱，却遭到淳仁天皇的排斥。藤原仲麻吕通过淳仁天皇，对孝谦上皇与道镜的关系进行劝谏，此举使孝谦上皇震怒。

同年，孝谦上皇为了再度掌握天皇大权，宣告“由今开始，淳仁天皇主持祭祀和小事，国家的赏罚、大事由朕行使”。由此，政治权力或转移到孝谦上皇那里，或因御玺的依然由淳仁天皇保持而仍能行使天皇权力，历史学家还没有取得共识。

764年（天平宝字8年），藤原仲麻吕之乱爆发后，淳仁天皇并没有参与其最大的保护人藤原仲麻吕的叛乱行动之中。其原因据说一是淳仁天皇的行动已经被孝谦上皇所拘束；二是淳仁天皇放弃了藤原仲麻吕，寻求与孝谦上皇和解的可能性（藤原仲麻吕无法将淳仁天皇拉进自己的阵营，不得己只能企图拥立盐烧王为新天皇）。

叛乱爆发后的第二个月，孝谦上皇的军队包围了淳仁天皇居住的中宫院，以“与藤原仲麻吕关系紧密”为理由宣告废除淳仁天皇，以亲王的待遇放逐到淡路国。但是，跟随淳仁天皇到淡路的官员也有很多，在平城京（奈良）也有希望淳仁天皇复辟的势力。感到政治危机感的孝谦上皇，于第二年的765年（天平神护元年）2月命令淡路国的国守佐伯助等人强化对淳仁天皇的警戒。这一年的10月，淳仁天皇企图逃跑，被捕后于第二日在院中去世。正式公布的死因是病故，但实际上逃跑时被加害的可能性很大。

1870年（明治3年）淡路废帝与弘文天皇（大友皇子）、仲恭天皇一起被明治天皇追封为天皇。“淳仁天皇”之名由此而来。1873年（明治5年），淳仁天皇与同样死于流放地的崇德天皇一起被合祀于白峰神宫。

藤原仲麻吕扶持与自己关系亲密的大炊王（淳仁天皇）继位后，藤原仲麻吕专横朝政，盛极一时。淳仁天皇夹在孝谦上皇和藤原仲麻吕之间，实际上无太多实权。孝谦上皇难以宽忍藤原仲麻吕的专横，极力争取反对藤原仲麻吕的各种社会势力与之抗衡。当时遭藤原仲麻吕政权排斥的寺院势力，即是孝谦上皇积极争取的目标之一。孝谦上皇与道镜一拍即合，并非由于道镜个人的魅力，其实是孝谦上皇急欲同佛教寺院势力相结合的反映。

曾祖：舒明天皇

祖父：天武天皇

父亲：舍人亲王

母亲：当麻真人山背

伯父：高市皇子

伯父：草壁皇子

伯父：大津皇子

堂姑：持统天皇

堂姑：元明天皇

堂伯：弘文天皇

堂姐：元正天皇

堂兄：文武天皇

堂姐：吉备内亲王

堂侄：圣武天皇

堂侄孙女：孝谦天皇