公主的生年不详，在父亲刘启为太子时(前180年至前157年)出生。此时生母王氏仅是太子妾室，公主是她与刘启生的第一个孩子。前157年，父亲刘启登基为帝，大约在此时她获得正式的封号——阳信公主。阳信公主因嫁给曹参的曾孙平阳侯曹时(又称曹寿)，被称为平阳公主。在景帝四年(前154年)，曹时就已继承了平阳侯爵位，而两人成婚的时间已经不可考。曹时有一子曹襄，是否为平阳公主所生，已不可考。
其弟刘彻即位之初，数年无子，皇后陈氏也一直没有生子。于是平阳公主在家中安排良家子女十余人。建元二年春(前139年)武帝路过平阳公主家时，家中的讴者卫子夫被武帝看中所幸。公主由此获赐金千斤。卫子夫上车入宫时，公主拊其背说：“行矣，强饭，勉之!即贵，无相忘。”
元光四年(前131年)曹时逝世。根据史书推断，公主应该在此后嫁给了汝阴侯夏侯颇，两人何时成婚已无法考证。元鼎二年(前115年)，夏侯颇因与父亲的御婢通奸有罪而自杀。就在同一年，曹襄逝世。曹襄生前所娶的卫长公主就是汉武帝和卫子夫之女。
后来寡居的公主与左右商议长安城中的列侯谁可以成为丈夫的人选。左右皆言卫青可以，公主笑道：“此出吾家，常使令骑从我出入耳，柰何用为夫乎?”左右又说：“今大将军姊为皇后，三子为侯，富贵振动天下，主何以易之乎?”于是公主同意了这门婚事，向皇后卫子夫说明。告之武帝，下诏卫青与平阳公主成婚。《汉书》记公主与曹时离异再嫁卫青。从《史记》所述的“三子为侯”推断，公主与大将军卫青成婚的时间至少在元朔五年(前124年)后。
元鼎六年(前111年)，李延年因擅长音乐得到武帝的接见。一日李延年为武帝献歌，歌曰：“北方有佳人，绝世而独立，一顾倾人城，再顾倾人国。宁不知倾城与倾国，佳人难再得!”武帝听后叹息道：“善!世岂有此人乎?”。平阳公主于是推荐了李延年的妹妹，就是后来受到武帝宠爱的李夫人。
其后，再没有关于平阳公主的记载。前106年，卫青逝世，与公主合葬。两人谁先逝世，已不可考。西汉的合葬制是不同墓，据现在考证，平阳公主的墓冢在卫青的庐山冢东侧处1300米，当地人称‘羊头冢’