曹纯是曹操的堂弟。十四岁丧父，与一母同胞的兄长曹仁分家居住，后继承了其父的家业，颇为殷富，家中僮仆、宾客有上百人之多，但曹纯年纪轻轻便能以纲纪持家，督御仆从，管理偌大家业而不失条理，因此乡里人都认为其很有才干。曹纯崇尚学问，尊敬学问渊博的儒士，因此很多儒士都来投靠他，使曹纯的名声为远近所称颂。中平四年(187年)，曹纯年未弱冠即进入朝廷担任黄门侍郎，年仅十八岁。中平六年(189年)，董卓祸乱京师，曹操逃到陈留，二十岁的曹纯于是跟随曹操到襄邑募兵，从此开始了追随曹操征战的戎马生涯。
建安十年(205年)，曹纯以议郎的身份作为司空曹操的参军，曹操以袁谭负约为名，率军进攻袁谭据守的南皮城，此役曹纯督帅虎豹骑跟随作战。袁谭不愿坐以待毙，遂出兵迎敌，曹军接战后伤亡甚多，损失很大，因此曹操意图暂缓进攻。曹纯劝道：“今日我方千里奔袭以趋敌，如果不能彻底消灭敌人而就匆匆退兵的话，必然会折损军威;况且我们已经孤军深入，难以持久作战。现在敌人因为暂时的胜利而开始骄傲大意，我军则因进攻受挫而变得谨慎小心，以谨慎小心的我军对阵骄傲大意的敌人，我们一定可以获得胜利。”曹操听从了他的意见，于是督师加紧进攻，最后袁谭果然被击败，后被曹纯的部下斩杀。
曹纯所督帅的虎豹骑，被称为“天下骁锐”，其中有些人更是从百人将里面挑选出来后编入的， 曹操一开始甚至不知道应该让谁成为这支精锐骑兵的统帅。曹纯担任虎豹骑督后，以善于安抚存恤将士而甚得虎豹骑部众的拥戴。建安十二年(207年)，曹操北征乌桓，在白狼山与乌桓的数万精锐骑兵相遇。曹操果断下令迎战，任命张辽为先锋，以曹纯率领虎豹骑跟随张辽冲击乌桓军阵，乌桓骑兵无法抵挡，被击溃后逃窜。蹋顿单于及其他首领被虎豹骑抓获斩杀。曹军趁势追亡逐北，迫使胡、汉二十万众投降。曹纯于此战役后，被追录前后功劳，封为高陵亭侯，食邑三百户。
建安十三年(208年)，曹纯随曹操南征荆州，刘琮被迫纳表请降。其后曹操听说刘备南走，深怕他得到江陵军实，于是放弃辎重，与曹纯率领虎豹骑五千，以日行三百里的速度在长坂追上了刘备，抓到了刘备的两个女儿并缴获了辎重无数，收降了刘备军的离散士兵。之后曹纯随曹操占领了江陵，赤壁兵败后返回了谯郡。
建安十五年(210年)，曹纯去世。当时有司官员向曹操请示选任何人代替曹纯，曹操道：“像曹纯这样的人才是无法再次得到的，谁又能与他相比!难道我不能直接担任虎豹骑的统帅吗?”此后一段时间虎豹骑由曹操直领。魏文帝曹丕即位后，追谥曹纯为威侯。子曹演继嗣，后官至领军将军，正元年间进封平乐乡侯。