刘大年于1915年8月出生于湖南华容县一个中小地主家庭。抗日战争前家境已经衰落。六岁入小学，大部分时间念私塾。1936年肄业于长沙湖南国学专修学校。1938年从家乡到长沙八路军办事处，受到湖南知识青年尊崇的“徐先生”徐特立、老资格共产党人王凌波指点，8月间到达陕北，进了陕北抗日军政大学，同年加入中国共产党。翌年抗日军政大学第五期毕业。抗大毕业后他被分配在冀西和冀南抗日根据地工作。以后长期生活、斗争在河北平原和太行山上。1939年起，他先后任冀西专区行政干部学校教导主任，冀南行政主任公署、晋冀鲁豫边区政府冀南行署宣传科长、教育科长，冀南抗战学院、政治学校教员，北方大学工学院副主任，北方大学、华北大学历史研究室副主任。1950年5月中国科学院近代史研究所成立，担任研究员，兼中国科学院编译局副局长，并为科学院党组成员。1954年以后，任近代史研究所副所长、中国科学院哲学社会科学部学部委员。那时候，近代史研究所所长范文澜年事已高，经领导机关同意，专心于中国通史的写作，由刘大年主持所务。“文化大革命”中被作为走资派批判，下放劳动。1978年恢复工作，任中国社会科学院近代史研究所所长，社会科学院研究生院教授，博士生导师。1982年以后，他离开近代史研究所的实际领导岗位。1964年起，刘大年连续当选为第三届至第七届全国人大代表，第四届至第七届全国人大常委，是六、七届全国人大教科文卫委员会委员。1980年中国史学会重建，他当选为第二、第三届史学会主席团成员、执行主席。现在是中国社会科学院近代史研究所名誉所长、孙中山研究学会副会长、中国抗日战争史学会会长、北京理工大学校友会名誉会长。