乾隆一朝，刘统勋是少有的能臣，其重要性相当于雍正朝的张廷玉。他为人刚正廉洁，办事眼光深远，吏治练达而公正无私，深受时人的赞许。乾隆曾评价他：“统勋练达端方，秉公持正，朝臣罕有其比，故凡审决大狱，督办大工程，悉命统勋前往莅事，无不治者。”
刘统勋少年得志，25岁中进士，在雍正朝是个名不见经传的小人物，主要从事的是文书工作。乾隆即位后，认为刘统勋有办事能力，屡屡擢拔，乾隆元年为内阁学士，二年为刑部侍郎，六年为左都御史，其后历任刑部尚书、工部尚书、吏部尚书、大学士、军机大臣是一个名副其实的“火箭干部”。
乾隆六年，左都御史刘统勋上奏“议论”张廷玉，认为张氏家族培植党羽有“满招损”的可能，应该自我抑制。又认为，作为宰辅培养的讷亲在个性上有弱点，请求皇帝加以训示，使之能够省改。注意的是，刘统勋这次上奏并非是弹劾张廷玉和讷亲，目的是要朝廷依靠御史制度监督考察吏治，虽然乾隆当时并不想动张廷玉，但对刘统勋的这个上奏还是十分满意的。
此后，刘统勋深受乾隆赏识，几次被派往外地督办漕运、河工，取得了显著的政绩。乾隆十九年，清军征剿准噶尔部，刘统勋被调往巴里坤负责转运粮草。但因朝廷此次发兵仓促，无法供应大军的粮草问题，清军大部不得不从伊犁撤回。不巧的是，准噶尔酋长阿睦撒纳趁机发动叛乱，重新夺回伊犁。
刘统勋因为对前方战事不了解，给正在气头上的乾隆帝上了一道奏疏，建议军队应全部撤出伊犁，以避免更大的损失。这道奏疏无疑是火上浇油，乾隆不分青红皂白把刘统勋逮捕治罪，家属入狱连家产也被查抄。事实证明，乾隆此举完全是头脑发昏所致，清醒后又将刘统勋官复原职，无罪开释。
乾隆二十一年，刘统勋被派往治河工地，主持完成了加高堤坝的工程。此时的刘统勋已是年仅花甲之人，他事必躬亲，亲临治河工地，风餐露宿，顺利完成朝廷交给他的任务。
在很长一段时间内，刘统勋经常被派往外地督办工程，还多次奉命出京，审理贪污大案，如云贵总督恒文勒索属下案、山东巡抚蒋洲挪用库银案、江西巡抚阿思哈受贿案等。刘统勋因政绩突出，于乾隆二十四年被授予协办大学士，两年后晋升大学士。
按清制，首席军机大臣基本上都是满人，可自乾隆三十五年(1770年)傅恒去世后，首席军机大臣之职一时无适合的满人人选，这让刘统勋有了机会填补这个空缺。从乾隆的用人手法来看，他一向偏爱年轻人，显然，这时的刘统勋并不年轻，这也说明乾隆只是让他暂代首席宰相一职而已，等到有了合适的人选，还是要恢复满正汉副的局面的。
果然，不久后两江总督尹继善被提拨为首席军机大臣，刘统勋退而求其次擢升为内阁首辅。不过，尹继善上任不到一年便去世了，乾隆又将刘统勋擢为首席军机大臣。
在刘统勋当宰相的两年多时间内，虽然一向直言，但在某些事情上并不当场态。他既不会沉默不言，也尽量不直接反驳乾隆。一次，乾隆同刘统勋谈到各省州县多有亏空的问题，说经过三天的考虑，打算将亏空地区的州县官吏一律罢免，而以文秘翻译代替这些官员，并让他对此事立即表态。
刘统勋认为这种做法不甚妥当，但他也没有立即反对，而是说：“圣上聪思至三日，臣昏耄，诚不敢立即回答，容退而熟审之。”第二天，刘统勋上朝说：“州县治百姓者也，当使身为百姓者为之。”他的话还没说完，乾隆就表示收回自己昨天的意见。
乾隆三十八年十一月十六日，已经忙碌了一天的刘统勋奉命入宫议事。到了东华门轿夫打开轿帘时，发现刘统勋已经昏迷，乾隆闻讯立刻派出御医抢救，但刘统勋还是充忙地走了。刘统勋之死对乾隆来说犹如失去国之栋梁，其悲痛不难想象。
刘统勋治丧时，乾隆亲临现场，见到他家中十分寒酸，其状很符合儒家道德标准的宰相，也堪称楷模。乾隆为此下旨说：“统勋神敏刚劲，终身不失其正”，并赐谥号“文正”，这是皇帝给予臣工最高的称号。不久，乾隆又下令准刘统勋入祀贤良祠，圆了君臣之义。