刘志丹1903年10月4日出生在陕北保安县金汤镇。六岁时，随母亲到金汤镇北三十里的山村志家楼子沟，在这里度过了童年。刘志丹的祖父是清朝拔贡，秉性刚直，喜欢打抱不平，对刘志丹影响很大。
1921年，刘志丹从永宁县县立高等小学堂毕业后，进了离家五百里的榆林中学。时值五四运动之后，偏僻的陕北，也被新思潮的影响所波及。榆林中学是当时陕北二十三县唯一的一所中学，校长杜斌丞是位爱国人士。刘志丹入学后，正是魏野畴、李子洲等进步教师陆续来校任教之时，刘志丹深受他们的熏陶和影响。
1924年榆林中学组织起学生自治会，刘志丹被选为主席。1925年他加入了青年团，不久，加入了中国共产党。
192 5年秋，刘志丹和杨国栋等人由组织选派去黄埔军校学习。刘志丹毕业后，参加北伐，在东路军中工作，后又被派到冯玉祥的国民军中工作，任第四路军马鸿逵部党代表兼政治处长。1 927年夏，冯玉祥实行“清党”，将刘志丹等几十名共产党员“礼送”出去。刘志丹费尽周折，抵达武汉，后经党组织安排，回到陕西担任省委交通，往返于上海和豫陕间，做秘密联络工作。
在“八七会议”精神指引下，陕西省委决定组织兵变，发动农民暴动，建立党领导的独立武装。1928年春，省委派刘志丹、唐澍、廉益民、吴浩然、谢子长等人前往驻雒南新编第三旅许权中（共产党员）部准备起义。5月，许旅摆脱军阀混战，参加渭华起义。随后许旅开赴高塘进行改编，成立“西北工农革命军”，刘志丹为军事委员会主席。革命军和暴动农民相结合，烧毁地主文约、没收地主粮食和财物，打击反动民团，惩治罪恶累累的劣绅，在渭南崇宁镇建立起陕西第一个苏维埃政权。
当时陕北军阀井岳秀镇压工农运动，残杀共产党员，气焰嚣张。特委书记主张只做点宣传工作，不搞武装斗争，甚至要党组织暂停活动。对此，身为特委军委书记的刘志丹竭力反对，积极主张进行武装斗争，提出武装斗争可以有“白色的”（国民党军队中做兵运工作）、“灰色的”（改造土匪武装）和“红色的”（建立人民武装）三种形式，决定以开展兵运为主，相机建立人民武装。
1929年春，刘志丹回到保安县，和曹力如、王子宜通过斗争，夺取了该县民团的团总职务。把一个本来反动的民团，改造为党掌握的一支武装力量。从1929年到1931年期间，刘志丹、谢子长利用各种关系，还先后打入陕甘边界一些军阀部队和民团进行兵运活动。
刘志丹在兵运中，出生入死，累建奇功，成为传奇式的英雄人物。但他认为这并不是根本办法。他说：“利用军阀是暂时的，利用军阀以公开名义是搞不成的，准备好了条件，我们就单独去搞。”
“九·一八”事变后，全国抗日救亡运动高涨。根据省委指示，刘志丹领导的部队与杨春远、师诸杰、杨琪等领导的部队会合，改名为西北反帝同盟军，谢子长任总指挥，刘志丹任副总指挥兼第二支队队长。1932年2月14日，西北反帝同盟军改编为中国工农红军陕甘游击队。谢子长任总指挥。5月，刘志丹为总指挥。他指挥游击队积极发展游击战争，开辟了以旬邑、正宁为中心的游击根据地。
1932年12月24日，经整编的游击队正式组成红二十六军。当时，任二十六军政委的中央特派员，执行王明左倾错误政策，指责刘志丹、谢子长等人为“游击主义”、“右倾机会主义”，剥夺了他们的指挥权，致使部队被敌人前堵后追，全被冲散。
1933年夏天，王泰吉率领耀县起义军余部，陈学鼎、张帮英带领耀县游击队，先后进入照金根据地，8月中旬成立了陕甘边红军临时总指挥部。10月，刘志丹由南山脱险回到照金，即被任命为副总指挥兼参谋长。次年1月，刘志丹任红二十六军四十二师师长，同年秋任陕甘边革命军事委员会主席。他还出任军政干校校长，分批训练各级干部和战斗骨干。
刘志丹总结以往经验，认识到根据地应同时成立几个，以互相支援，粉碎敌人进攻，促进革命发展。他提出“狡兔三窟”的设想，拟建立陕北、陇东、关中三个游击根据地，以南梁为中心，红二十六军居中策应。此后，红二十六军在刘志丹的领导下不断发展，逐渐开创出陕甘革命根据地。
1934年2月，陕甘宁三省的国民党军队，对陕甘根据地和红二十六军发动了第一次反革命“围剿”。敌十倍于我，形势异常紧张。刘志丹指挥红二十六军主力，在地方游击队的配合下，采取避强打弱的战术，寻机歼敌，九战九捷。至11月，粉碎了敌人对陕甘边区的“围剿”，红二十六军发展到五个团，开辟了十多个县的根据地，正式成立陕甘边工农民主政府。
在第二次反“围剿”中，刘志丹制定了集中主力在运动中各个击破敌人的方针，实现了把陕甘、陕北连成一片的战略意图，游击区扩展到三十多个县，根据地人口超过百万，主力红军发展到五千多人。由于西北红军的英勇奋战，有力地配合了中央红军北上。当时这个全国仅存的革命根据地，成为中央和各路长征红军的落脚点。
西北红军第二次反“围剿”取胜时，正是中央红军长征快要到达陕北的时候。蒋介石为了使中央红军无立足之地，于8月间，又发动了对西北工农红军的第三次“围剿”。刘志丹根据敌强我弱的形势，制定了集中主力红军各个击破敌人的作战方针，趁敌部署尚未就绪之时，先发制人。8月中下旬，首先打垮了刚渡过黄河的阎锡山部两个旅，迫使阎军退回山西。接着又集中兵力进攻北线敌人。9月，刘志丹指挥了劳山战役并取得重大胜利。
正当反“围剿”斗争胜利进行的紧要关头，王明左倾错误路线在陕北的代理人攻击刘志丹“一贯右倾”，甚至干脆给他戴上“白军军官”和“反革命”的帽子。当时刘志丹正在前线，他们采取欺骗手段将刘志丹调回。在途中，刘志丹碰到从瓦窑堡来的通讯员，通讯员说有一封军团的急信，顺手将信交给刘志丹。刘志丹打开信一看，原来是保卫局下令逮捕自己。具有极高党性的刘志丹为不使党分裂、红军自相残杀，将信交还通讯员。他策马扬鞭，直趋瓦窑堡，打算向中央驻西北代表团申诉，宁愿自己被捕，不要逮捕前线其他指挥员。但他一到即被投入监狱，带着五岁幼女的妻子同桂荣，也被禁闭起来。刘志丹蒙受不白之冤，面对随时可能被处死的残酷现实，始终泰然处之。1935年10月19日，中央红军突破敌人的“围剿”到达陕北吴起镇，当了解到根据地的严重形势后，毛泽东立即下令“刀下留人”并制止捕人。刘志丹等受诬被捕人员才被释放。
刘志丹在红军战士和人民群众中享有崇高的威信，陕北人民对他有着极为深厚的感情。当年在群众中广泛流传着刘志丹罚自己担水的故事。
故事发生在1934年春末夏初的一天黄昏，红军部队来到一个村头场院准备宿营。刘志丹把大家召集在一起，同志们三三五五亲热地围拢他坐下。平时，刘志丹和战士们象亲兄弟一样，总是谈笑风生，不分彼此，因此，大家都亲切地叫他老刘或志丹。可今天不知为什么，他板着面孔，带着一点沉痛的心情，开口就问大家：
“同志们，我们是什么队伍啊？”
“老百姓的队伍呗！”大家回答。
“老百姓的队伍要是谁违犯了群众纪律怎么办？”
“那就处罚吧。”
“要是领导呢？”
“领导咋的，一样处罚。”
“对啊！爱护群众利益光荣，损坏群众利益可耻，谁破坏纪律都得受处罚。”志丹坚定地说。
话说到这，大家心里很纳闷儿，你看我，我看你，不知道发生了什么事。一时气氛有些紧张，场院里鸦雀无声，多少双眼睛都在看着他那消瘦的脸。
志丹来回踱了几步，痛心地说：“违犯群众纪律的不是别人，正是我。今天在看地形的时候，我的马吃了群众的麦子。大家讨论讨论吧，该怎么处理？”
一听这话，大家先是一楞，接着场院里象开了锅，七嘴八舌地议论开了。马夫急忙站起来解释：“这事不怪志丹，那马是我没看住，应该处分我。”不知是谁大声嚷着：“说是老刘的马，我看是大家的马，行军打仗他骑过几回，咱凭良心说，要处分大家都有份。”
志丹叼着旱烟袋，一边听，一边吧嗒吧嗒地抽着，越听越觉着大家的发言不对劲。他深深吐出一口烟，把烟袋锅往鞋底下狠磕两下，霍地站起来说：“马给大家骑是应该的嘛。问题不在谁骑，而在谁管，我的马我负责，谁也不能顶‘罪’。处分我还不应该吗？”停了一会，他接着又说：“军民的鱼水关系很重要，大家都要维护，丝毫损坏不得。我是领导，领导做错了就更应该严格执行纪律！”
会场又静了下来，只听见春风吹动着麦浪唰唰地响。大家琢磨着，沉思着，都感到志丹的话入情在理，有的点头同意，有的表示：“处分就处分吧，这都是为大家好。”看到这情景，志丹满意地笑了，诚恳地说：“现在就请大家说说，给我个什么处分？”话题一拉开，同志们又争论起来。有的说：“向群众赔礼道歉，赔偿损失。”有的说：“就吃那十多棵麦子，检讨一下算了。”“那可不行”，有的不同意。这时有人提议罚他给老乡挑水。大家都说：“对，对，这个法子好，就这么办。”认识统一了，志丹愉快地接受了罚他挑水的处分。为了执行好纪律，他还要求选派两名战士监督执行。
部队进了村，人人都忙着做群众工作，志丹便挑着水桶，一担一担不停地挑，出这家，进那家，头上的汗水顺着脸直往下淌，一连挑了十多家。
按说，挑水、扫院子是志丹常做的事，可今天却不同，他是在自觉地执行纪律呀！大家看着志丹挑水的情景，不由得哼起了家乡小调：
正月里来是新年，
陕北出了个刘志丹。
刘志丹来是清官，
他带着人马上了横山，
一心闹共产……
1935年11月著名的直罗镇一仗，使国民党对革命根据地的第三次“围剿”，宣告彻底破灭，红军声威大振，根据地空前发展。党中央根据形势发展的需要，将陕北与陕甘根据地重新划分为陕北、陕甘两个省委和关中、神府两个特委，并相应地建立了政府机构。刘志丹先后被任命为革命军事委员会西北办事处副主任（周恩来兼主任）、红二十八军军长、红军北路军总指挥和中央所在地瓦窑堡警备司令等要职。
1935年底，华北事变以后，全国抗日形势迅速高涨。
1936年2月上旬，中共中央决定为适应全国人民抗日救亡的迫切要求，组织中国人民红军抗日先锋军渡河东征。17日发布《东征宣言》，并随即派主力红军一军团和十五军团，东渡黄河进入山西，在汾河河谷击败阎锡山的堵截，逼近同蒲铁路，积极准备东出河北、察哈尔与日本帝国主义作战。蒋介石对毛泽东亲自率红军渡河东征怕得要死，慌忙下令从洛阳、徐州等国防要地，调遣十个师以上大军配合晋绥军拦截红军去路；同时，又令东北军和十七路军进攻陕甘红军后方。为了粉碎蒋介石的阴谋，党中央命令刘志丹和宋任穷率领红二十八军担任侧翼，从佳县以北渡黄河，插入晋西北地区，配合中央红军迅速打通走向抗日前线的道路。
刘志丹率领部队向黄河挺进的行军中，沿途受到根据地群众的热烈欢迎。人们听说刘志丹带着红军回来了，甚至专程几十里跑来看望，刘志丹的宿营地经常挤满了亲切慰问的群众。一次在神木县境，一位七十多岁双目失明的老大娘，也拄着拐棍，颠颠跛跛地赶来探望，众人笑着说：“大娘，你怎能看见老刘啊！”她说：“看不见，我还摸不着吗？”刘志丹立即站到老人家面前，拉着她的手，亲切地说：“大娘，我就是刘志丹。”老人家把他从头摸到脚，又从脚摸到头，激动地流着热泪说：“好哇！……好哇，你真是咱们老百姓的好人啊！”在场的好多人都感动得流下了眼泪，充分反映了他和广大劳苦群众的血肉联系。
3月，红二十八军打下神木沙峁镇后，住在贺家川一带进行紧张的渡河准备。刘志丹在广大群众的帮助下，经过昼夜不停的详细调查研究，最后选定在通往山西兴县的沙峁头渡河。3月底，部队在他指挥下，胜利渡过了黄河。渡河后立即摧毁罗峪口敌军指挥部，随即向兴县黑峪口、康宁镇横扫过去，沿途连获胜利。当部队进至山西临县白文镇时，接中央军委急电：“为了配合红军进逼汾阳，威胁太原，并打通前方与陕北之联系，保证红军背靠老苏区，着令二十八军即向离石以南黄河沿岸地区进击。并可相机攻占中阳三交镇，牵制和调动敌人。”刘志丹率领部队立即由白文镇出发，经过激烈战斗，自离石按时到达三交附近。 4月13日，彭德怀司令员、毛泽东政委下达了消灭三交镇敌军的命令。三交镇是山西省中阳县一个重要渡口，河西就是陕北根据地绥德。该镇周围都设有坚固工事，并有一个团敌人防守。刘志丹为打好这一仗，昼夜不眠，亲自观察地形，仔细研究敌情，严密部署战斗。4月14日，在围攻三交镇的战斗中，刘志丹一直在军部指挥所里紧张地指挥战斗，由于过度疲劳，眼里充满了血丝，同志们劝他休息一会儿，他怎么也不肯，笑着说：“不知怎么一回事，枪一响，一点也不困了。”当他得知一团攻击不太顺利时，便立即和政委宋任穷商议，让宋留在军指挥所掌握全面情况，他亲自来到一团指挥所，和指战员一起研究突破敌军碉堡的方案，指出：“这次战斗与河东整个红军的安危有关，要号召每个共产党员拿出最顽强的毅力，狠狠打击敌人，争取战斗的胜利。”当日午后，正当他在前沿阵地观察敌情，指挥战士向敌人发起冲锋时，不幸左胸中弹，伤了心脏，当即昏迷过去，清醒过来后，仍以顽强毅力，断断续续地告诉身边同志：“让宋政委……指挥部队……赶快……消灭……敌人。”说完就停止了呼吸。
刘志丹牺牲时年仅三十三岁，他为中国人民的解放事业贡献出了自己年轻的生命，流尽了最后一滴血。