字士能，别署大壮室主人，湖南新宁人。
1913年东渡日本求学，1921年毕业于东京高等工业学校建筑科 。
次年回国，先后在上海、南京任建筑师，并在湖南大学土木系和苏州工业专门学校任教授 。
1927年参加创立我叩妊Ｖ凶钤绲慕ㄖ怠⒅醒氪笱Чぱг航ㄖ担⑷谓淌冢?932年任中国营造学社研究员及文献部主任，1943年重返中央大学建筑系，任教授、系主任，后又膺工学院院长 。
1955年被任命为一级教授和中国科学院技术科学部委员 。
自1951年起被选为历届江苏省与南京市人民代表，第三届全国人民代表大会代表，并多次代表我国建筑界和文化界出国访问 。
1968年病逝，1979年安葬骨灰于南京两花台公墓 。
终生从事建筑设计与研究工作 。
曾主编《中国古代建筑史》(1988年被国家教委评为全国高校优等教材特等奖)，专著《中国住宅概说》、《苏州古典园林》(获1977——1981年度全国优秀科技图书奖)均已被译为英、法、日文在国外发行 。
论文、报告等已汇编为《刘敦桢文集》四卷陆续出版 。