公元187年冬天，曹丕出生在沛国谯县（今属安徽亳州）。曹丕文武双全，六岁懂得射箭，八岁就能提笔为文和学会骑射。曹丕好击剑，博览古今经传，通晓诸子百家学说。
197年，长兄曹昂、曹丕随父出征宛城，曹昂与大将典韦、堂兄曹安民一同战死于宛城，曹丕则幸运的骑马逃走。正室丁夫人因养子曹昂之死怪罪曹操而与曹操离异，生母卞夫人被扶为正室，原为庶长子的曹丕有幸取代长兄曹昂成了嫡长子。
此后，身为嫡长子的曹丕常年跟随曹操从军，先后参加了官渡之战、白狼山之战、赤壁之战、濡须口之战。211年2月12日被任命为五官中郎将、副丞相。曹操对谁继承自己的衣钵一直犹豫不决，后来在贾诩以袁绍为例说服之下，才下决心立曹丕为魏王世子。
220年，曹操病死，终年六十六岁。曹丕继任魏王。同年迫汉献帝让位，建立魏国。改年号黄初。
曹丕诗歌形式多样，而以五、七言为长，语言通俗，具有民歌精神；手法则委婉细致，回环往复，是描写男女爱情和游子思妇题材的个中能手。 代表曹丕诗歌最高成就的《燕歌行》，据考写于建安十二年曹操北征三郡乌桓期间，采用乐府体裁，开创性地以句句用韵的七言诗形式写作，是现存最早最完整的七言诗。《燕歌行》从“思妇”的角度，反映了东汉末年战乱流离的现状，表达出被迫分离的男女内心的怨愤和惆怅。全诗用词不加雕琢，音节婉约，情致流转，被明朝王夫之盛赞“倾情，倾度，倾色，倾声，古今无两”。曹丕的一些为后人称道的作品都在担任五官中郎将至魏太子期间所作，他的诗歌细腻清越，缠绵悱恻，缺乏曹操、曹植的慷慨之气，后世对他的评价不如“三曹”中的另外两人。
《三国志》作者陈寿曾评价曹丕：“文帝天资文藻，下笔成章，博闻强识，才艺兼该；若加之旷大之度，励以公平之诚，迈志存道，克广德心，则古之贤主，何远之有哉！”（《三国志·魏书·文帝纪》）
陈寿的一句“若加之旷大之度”道出了曹丕的狭隘胸襟、短浅眼光以及多疑的心理状态。
曹丕在年少时曾向堂叔曹洪借钱不成怀恨在心，称帝后不顾开国功臣元勋及血缘情谊直接栽赃罪名将曹洪下狱，卞太后得知后逼郭皇后求情才让曹洪免于牢狱之灾，但是仍然被曹丕削爵没收财产贬为庶人。
曹丕非常爱打猎，但在曹操当政时为了争储而故意树立良好形象，就接受崔琰建议停止打猎。曹丕称帝后，已无争储压力而不听鲍勋和戴凌停止打猎的忠谏，曹丕因自己最爱的娱乐遭反对非常恼怒，而对戴凌处以比死刑低一等的处罚。而鲍勋的父亲鲍信是曹操早年起兵的救命恩人，在曹丕对吴出兵广陵的时候作出劝谏，曹丕不听找理由把他强硬处死。
曹植是曹操与武宣卞皇后所生第三子，生前曾为陈王。曹丕与曹植争夺太子之位，后来曹丕得立称帝，曹植备受迫害，屡次迁封。曹丕曾经喜极失态，抱着辛毗的颈说：“辛君您知道我有多么喜悦吗？”辛毗事后将曹丕的表现告诉女儿辛宪英，时年二十多岁的宪英便感叹地说：“太子是代替君王主理宗庙社稷的人物。代君王行事不可以不怀着忧虑之心，主持国家大事亦不可以不保持戒惧之心，在应该忧戚的时候竟然表现得如此喜悦，又怎会长久呢？魏国又怎能昌盛？”
文昭皇后甄氏原为袁绍次子袁熙之妻，建安九年城破被俘，曹丕纳之。后曹丕称帝，眷宠文德皇后郭氏，甄氏失宠口出怨言，触怒曹丕。曹丕下令赐死甄氏，殓时“披发覆面，以糠塞口”。
在曹操死后守丧期间，向孙权索要贵重珍品享乐，亲征东吴时驾驭副车及龙舟等奢华物品。对外被年长老练的孙权当棋子耍，不听群臣劝告在夷陵之战偷袭孙权，这样做不合礼数；当东吴击败蜀汉后，曹丕假借孙权造反名义发兵进攻，打算从中得益，但无功而返。曹丕令孙权上供之物，无一得偿所愿，遂恼羞成怒三路伐吴胁逼孙权，又煽动江东内部作乱，然皆以败退告终。孙权彻底无视曹魏，令曹丕极为愤懑，但两次大举伐吴都是无功而返，最后一次差点被孙权部将擒获。
夏侯尚因为宠爱妾侍而不爱正妻（曹丕的妹妹），曹丕把妾侍处刑，夏侯尚精神衰弱至死。
曹休守丧期间不吃肉，下令强逼他吃肉，曹休变得伤心消瘦。
在曹操死后守丧期间，向孙权索要贵重珍品享乐，亲征东吴时驾驭副车及龙舟等奢华物品。对外被年长老练的孙权当棋子耍，不听群臣劝告在夷陵之战偷袭孙权，这样做不合礼数；当东吴击败蜀汉后，曹丕假借孙权造反名义发兵进攻，打算从中得益，但无功而返。曹丕令孙权上供之物，无一得偿所愿，遂恼羞成怒三路伐吴胁逼孙权，又煽动江东内部作乱，然皆以败退告终。孙权彻底无视曹魏，令曹丕极为愤懑，但两次大举伐吴都是无功而返，最后一次差点被孙权部将擒获。
曹丕当五官中郎将时，有一次宴请，曹丕问相士朱建平自己的寿命，朱建平说：“您的寿命是八十岁，四十岁时会有小灾难，希望您多加小心。”曹丕果然四十而终，死前认为朱建平的占卜结果是昼夜相加计算的，自己的生命快要结束。
