隋文帝开皇年间，刘焯中举秀才，射策甲科，拜为员外将军，与著作郎王劭一起修定国史，并参议律历。他曾与诸国子共论古今滞义，常有高论，众人皆佩服其学识渊博。开皇六年，洛阳“石经”运抵京师，文字多处磨损，极难辩认。隋文帝便诏刘焯、刘炫等人考证，他们经过努力，一一辩清。在国子监举行的一次经学辩论中，他与刘炫力挫诸儒，因此受到忌恨和诽谤，被革职还乡。后隋文帝派刘焯到蜀王杨熹府下做事，他不肯去。杨熹得知，将刘焯发配到边远充军。杨熹的蜀王封号被废后，刘焯才重新得到起用，在朝中做了云骑尉。刘焯秉性耿直，为官期间经常抨击时政，终为朝廷所不容，再次被罢职回乡。自此他游学授徒于闾里，致力于教育和著述，其间天下名儒有了疑问、学子求学，常千里慕名而至。隋炀帝即位后，他又重被起用，任太学博士。刘焯于大业六年（公元610年）去世。
刘焯的著述有《稽极》十卷、《历书》十卷、《五经述议》等书，后散失。清马国翰《玉函山房辑佚书》中辑有《尚书刘氏义疏》1卷。唐魏征《隋书》“儒林”中介绍刘焯时说：“论者以为数百年以来，博学通儒，无能出其右者。”现代历史学家范文澜在《中国通史》第三册中写到“隋朝最著名的儒生只有刘焯、刘炫二人。”
刘焯精通天文学，他发现隋朝的历法多存谬误，多次建议修改。公元600年，他创《皇极历》，首次考虑到太阳视运动的不均性，创立“等间距二次内插法公式”来计算日、月、五星的运行速度。推日行盈缩，黄道月道损益，日月食的多少及出现的地点和时间，这都比以前诸历精密。“定朔法”、“定气法”也是他的创见。《皇极历》推定的每 76.5年春分点在黄道上西移一度的岁差，与现行数值非常接近。由于刘焯所著历书与当时权威人士——太史令张胄玄的天文、历数观点多有不同，故呕血而成的《皇极历》被排斥不得施行。然而该书提供的天文历法在当时是最先进的，历史证实刘焯研究天文学已有相当高的水平。唐代高宗时李淳风就是依据《皇极历》造出了《麟德历》，被推为古代名历之一。
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