早年经历太熙元年（290年），司马炽被封为豫章王。 同年四月，晋武帝去世，太子司马衷即位，是为晋惠帝。晋惠帝在位期间爆发的八王之乱中，司马炽并未加入乱事，并且行事低调，不太热衷于交结宾客，不涉足世事，爱好钻研史籍，在当时受到人们的称誉。 司马炽本人并无雄才大略，最初担任散骑常侍。 永康二年（301年），赵王司马伦废黜晋惠帝时，司马炽的散骑常侍之职也被罢免，同年四月，晋惠帝复位后，改元永宁，司马炽任射声校尉，累迁车骑大将军、都督青州诸军事。 永兴元年（304年），出任镇北大将军、都督邺城守诸军事。 同年十二月二十四日，立司马炽为皇太弟。 但是立司马炽为皇太弟，是由于成都王司马颖和河间王司马颙对立之下的结果，其实司马炽本人并没有权力的野心。司马炽登基光熙元年十一月十八日（307年1月8日），东海王司马越毒死晋惠帝，晋惠帝的皇后羊献容认为自己与皇太弟司马炽是嫂叔关系，不能当太后，于是催清河王司马覃入京即位，司马覃已经到了尚书阁，侍中华混等急召司马炽。十一月二十一日，司马炽即皇帝位，是为晋怀帝，实行大赦，尊皇后羊献容为惠皇后，住在弘训宫，追尊生母太妃王媛姬为皇太后，立妃梁氏为皇后。司马炽即位次年，改元永嘉，司马越为太傅辅政 ，政局为司马越把持。在此期间，匈奴等少数民族也开始建立独立的政权，其中刘渊已经自称汉帝，但是晋朝内部的权力斗争也日渐严重。永嘉五年（311年）正月，晋怀帝密诏苟晞讨伐司马越，三月发布诏书讨伐，司马越于同月病死 ，众共推王衍为元帅。四月，王衍遣军队在护送司马越灵柩回到东海封国时，与镇东大将军石勒的二万军队于苦县（今河南鹿邑）宁平城（河南郸城）作战，石勒纵骑围而射之，将士十余万人相践如山，全被歼灭 ，石勒焚烧司马越的灵枢。王衍被擒时，劝石勒建国称帝，以求苟活，但仍被石勒活埋，西晋最后一支主要兵力被消灭，已无可战之兵。司马炽去世永嘉五年（311年）六月，刘渊之子刘聪的军队攻入洛阳，晋怀帝在逃往长安途中被俘，太子司马诠被杀，史称“永嘉之祸”。 晋怀帝被送往平阳 ，刘聪任命晋怀帝为仪同三司，封会稽郡公。 刘聪一次在宴会对晋怀帝说：“你为豫章王时，我曾经与王济到你那里，王济把我介绍给你，你说久闻我名。把你写的乐府歌给我看，说：‘听说你很会写辞赋，试着帮我看看。’当时我和王济写的都是《盛德颂》，你很赞赏。又领着我在皇堂射箭，我得十二筹，你和王济都得九筹，你送给我柘弓、银研，你记得吗？”晋怀帝说：“我怎敢忘记，但恨当时没有早早地认识你的帝王之相。”刘聪说：“你家骨肉相残，怎么那么厉害？”晋怀帝说：“这大概不是人事，是上天的意思。大汉将应天意受命，所以为陛下互相驱除。况且我家如能奉行武皇大业，各家和睦，陛下怎么能得到天下！”到晚上才出来，刘聪把小刘贵人赐给晋怀帝，对他说：“这是名公刘殷的孙女，现特把她送给你做妻子，你应当善待她。”以刘氏为会稽国夫人。 建兴元年（313年）正月，晋怀帝在汉赵朝廷的宴会上被命令为斟酒的仆人，有晋朝旧臣号哭，令刘聪反感。不久后的二月初一日（公历3月14日），刘聪用毒酒毒杀晋怀帝，享年三十岁 ，葬处不明。
病死的。当时被封为东海王的是高密王的次子司马越， 司马越死后，无子继位， 晋元帝由其侄司马冲接位，冲即王位，以荥阳益东海国，转车骑将军，徙骠骑将军。咸康七年病逝，年三十一，赠侍中、骠骑大将军、仪同三司，无子。谥为哀。
越专擅威权，图为霸业，朝贤素望，选为佐吏，名将劲卒，充于己府，不臣之迹，四海所知。而公私罄乏，所在寇乱，州郡携贰，上下崩离，祸结衅深，遂忧惧成疾。永嘉五年，薨于项。
造反时担惊受怕，积劳成疾，病死了