清光緒三十二年(1906)考入鳳翔府中學堂，又經選拔入上海理化專科學堂深造。畢業(yè)后去日本留學，參加中國同盟會。

宣統(tǒng)二年(1910)冬回西安，擔任陜西中等農林學堂(1912年改為三秦公學)理化教習，與井勿幕、張鳳翙、胡景翼等交往甚密。

1911年10月西安起義成功。11月，清軍犯鳳翔。鳳翔兵寡彈絀，情況危急。時在鳳翔八邑中學堂任教的劉治洲，被派往西安求援。與此同時，劉又與王丕卿等磋商，聯(lián)絡關中民軍共同抗擊清軍�？鄳�(zhàn)三個月，清軍潰退，解了鳳翔之圍。

1912年冬，劉被推選為國會眾議院議員。

1913年6月袁世凱解散國會，劉離開北京去上海，進行反袁活動。

1917年7月，與國會議員200余人南下廣州，參加廣州護法國會議員非常會議，選舉孫中山為軍政府大元帥，劉任大元帥府秘書。

1922年6月，應黎元洪之邀，出任北京政府農商部次長、代理部長。

1924年12月初，國民軍第二軍胡景翼推劉與屈武、李仲山、寇遐、李可亭五人為代表赴天津，歡迎北上抵津的孫中山。

1925年5月調任陜西省省長。

1926年4月至11月，西安遭受軍閥劉鎮(zhèn)華的圍攻達八個月。劉深知處境艱難，慨然以“鐵肩擔道義”自勉。反圍城斗爭期間，他一直與楊虎城、李虎臣住在一起，為他們講《史記》《綱鑒》中的英雄事跡，講古代兵家整飭軍紀的愛民敬民的故事，鼓舞將士士氣，堅定守城信心，并想盡辦法籌集糧食，動員軍民互助互濟。西安解圍后，他作為守城軍民的代表，去平涼會見并迎接國民軍聯(lián)軍總司令馮玉祥。馮玉祥后來回憶道：“西安被圍八月，始終屹然不動，定五先生的功勞實在不可泯沒�！�

1927年5月，馮玉祥率國民革命軍第二集團軍24萬人由西安出師北伐，攻克鄭州、開封。劉隨馮軍出征，曾擔任鄭州市市長、河南省建設廳廳長和馮的高級顧問。在鄭州時，曾與中共黨員共事，掩護過南漢宸、張道吾等。

1930年春，劉以馮玉祥的總參議名義去太原，促閻錫山下決心反蔣。被閻聘為高級顧問。此后，他為反蔣抗日，奔走各地。1932年冬，協(xié)助馮玉祥籌組察哈爾民眾抗日同盟軍，擔任總參贊職。他在天津設置秘密聯(lián)絡站，負責與各地反蔣、抗日力量聯(lián)系，借以籌集抗日的人力、物力和財力，還動員正在上學的侄兒仁民，去察北抗日。1934年秋，劉作為馮的代表，冒險南下廣州，與陳濟棠密商聯(lián)合反蔣“抗日方案”；北返途中，在滁州車站遭南京特務逮捕，扣押于南京獄中。后閻、馮等堅持向南京要人，始獲釋回太原家中養(yǎng)病。

1935年秋，宋哲元出任平津衛(wèi)戍司令，聘請劉擔任高級顧問。

七七事變后，國共兩黨第二次合作，當局以劉為西北之宿宦，特任其為陜西省政府委員兼陜西省銀行董事。

到西安后，他送侄兒劉鴻志(安民)去云陽青訓班學習。鴻志加入中共，在陜北工作，后被日機炸傷，劉接受中共組織安排收侄兒在西安家中治傷，痊愈后又送往延安。

1944年，劉推薦中共黨員張鋒伯出任臨潼縣縣長。張暗送武器和軍需品支援邊區(qū)，被敵特發(fā)覺，遭逮捕入獄，劉數(shù)次在省政府會議上面斥經辦主管誣陷好人，并聲明倘不釋放將會同全陜鄉(xiāng)紳上告。當局迫不得已，只好將張撤職釋放。

1946年秋，劉脫離陜西省府公職，1948年移居上海。1949年初赴香港，與李濟深、郭沫若等同住一起；后由中共組織安排北上。同年冬，周恩來約見劉，并委托他再去香港，協(xié)助進行對臺宣傳工作。

劉1950年春去香港，以古稀高齡，盡心為祖國統(tǒng)一奔波。1953年夏返回北京，擔任政協(xié)全國委員會委員，后又擔任民革中央團結委員會委員。毛澤東主席曾派人慰問他，并轉交贈款。1963年7月6日，因病在北京逝世。

劉曾將自己節(jié)省積存的1756.7元人民幣捐獻給鳳翔縣修復西寶公路北線八旗屯橋，資助家鄉(xiāng)建設事業(yè)。