刘定之生于明成祖永乐七年（1409年），自幼聪明异常，父亲教他读书，每日背诵数千言。父亲见他好学，遂令其博览群书，但禁止其写文章。定之每每私下里尝试作文。一日，刘定之患病，父亲探视时发现了他写的《祀灶文》和《咏桃浆》诗，惊叹道：“子有八面受敌之才”将来必为伟器。”果然，宣德十年（1435年）刘定之考中举人，正统元年（1436年），会试第一，殿试又夺得探花，一时名扬天下。被授任翰林编修。

　　正统四年（1439年），京城发大水，全城被淹。刘定之应诏陈述十条建议，均不被朝廷采纳。

　　正统十三年（1448年），弟弟刘寅之与乡人发生冲突，牵连到刘定之，竟被逮捕入狱，最后终于真相大白。刘定之编修任满，升侍讲。

　　代宗即位（1450年），刘定之又上言十事，论及战阵、守备、练兵、选将至官吏的铨选、迁降、考察、赏罚，所言皆治国安邦的大计，受到皇帝的褒奖。

　　景帝三年（1452年），升司经局洗马，也先当时请求代宗派使者回报，刘定之援引旧例请求同意，但代宗不愿接回被俘的英宗，此事便没有立即获准。后又升为右春坊右庶子。 

　　天顺改元（1457年），任通政司左参议仍兼翰林侍讲，不久又升翰林学士。

　　天顺八年（1464年），明宪宗即位，任太常少卿兼侍读学士，直径筵。

　　成化二年（1466年）十二月，以本官入直文渊阁参与朝政。

　　成化三年（1467年）八月，进工部侍郎兼翰林学士。当时江西、湖广两地发生旱灾，但地方官员仍然照收百姓的赋税。刘定之上疏宪宗说：“现在国家粮库充足，储备厚实，而江西、湖广等地百姓因灾无收，张口待哺，还要照样交纳租赋，这不是皇上怜爱百姓的本意，请皇上体恤下情。”宪宗被他的言辞所感动，立刻下旨停征课税。

　　成化四年（1468年），刘定之时任礼部左侍郎，仍兼翰林学士。当时万贵妃专宠，皇后很少能够见到宪宗，太子又为确立，代宗的女儿已十五岁（及笄）却还未下嫁。刘定之趁着久旱之时，一同上疏谈及这些事。并请求经筵时一并讲说太祖朱元璋亲作的书，赶除异端邪教，不要让其害政耗财。宪宗将其奏疏留中不下。 

　　同年六月，钱太后（孝庄钱皇后）去世，周太后（孝肃周皇后）不愿钱太后与英宗合葬。宪宗命太监夏时与怀恩召集辅臣，商议钱太后的丧葬事宜。阁臣彭时首先反对。次日，宪宗再召彭时、刘定之等重议此事，彭时仍坚持前议。宪宗说：“朕难道不知道你说的这些吗？朕只是担心钱太后一旦入葬，就会使母后（周太后）难与先帝合葬。”刘定之回答：“孝顺之道贵在守大义，而不是守长辈一时之命！”彭时及内阁重臣商辂也先后劝说宪宗。宪宗说：“连母亲的命令都不听了，还能算孝顺儿子吗？”彭时向宪宗建议：“可以将钱太后葬于先帝之左，虚右位以待周太后将来。”

　　刘定之与彭时、商辂之后又联名上疏说：“太后作配先帝，正位中宫，陛下尊她为太后，下诏宣示天下。先帝全夫妇之伦，陛下尽母子之爱，都得大义。现在太后梓宫应当合葬裕陵，她的神主应当附祭太庙，这是无可更改之礼。近来听说要另择地埋葬太后，臣等实是心怀疑惧。我们私下以为陛下之所以迟疑，是因为考虑到当今皇太后万寿之后，应当与先帝同尊，因此担心二后并配先帝，不合祖宗之制。但考之古代，汉文帝尊生母薄太后，而吕后仍附祭长陵。宋仁宗追尊生母李宸妃，而刘后仍附祭太庙。现在如果陵庙之制稍有不合适，则会有背前人之美，受后人讥笑。”吏部尚书李秉、礼部尚书姚夔等九十九位廷臣也同意钱太后与英宗合葬。宪宗仍担心违背周太后的意志，此后更发出为钱太后另择葬地的谕旨。姚夔等两百余名朝臣一起伏在文华门哭请，宪宗下令群臣止哭退去，群臣叩头拒命，声言：“不得钱太后合葬旨意，绝不敢退下。”自巳时（上午九点至十一点）跪至申时（下午三点至五点）。宪宗与周太后无可奈何，这才听从了刘定之等人的建议。

　　不久后，刘定之患病，多次上疏请求致仕，宪宗下诏挽留，并派太医为他看病、宦官前往赏赐。

　　成化五年（1469年）八月十日（9月15日），刘定之于任上病逝，终年六十一岁。追赠资善大夫、礼部尚书，谥号“文安”。