刘昌裔少时曾献策边将，但未被赏识。大历四年(769年)，刘昌裔入蜀，游说民变军杨子琳归顺朝廷，后来朝廷授杨子琳洺州刺史，刘昌裔则被授予从事。
杨子琳死后，刘昌裔移居河朔地区，被名将曲环上表引为判官。当时刘昌裔为曲环作讨淄青镇李纳的檄文，言词剀切，对李纳晓以大义，颇动人心。当曲环将檄文上奏朝廷后，唐德宗颇为赞赏。待到曲环收复濮州后，朝廷下诏授刘昌裔为监察御史。累加至检校兵部尚书兼御史中丞，充任营田副使，获赐紫服。
贞元十五年(799年)八月，曲环去世，上官涚暂摄节度留后。这时，领申、光、蔡等州的节度使吴少诚乘机进攻许州(今河南许昌)，上官涚欲弃城逃跑，刘昌裔追上他说：“你既然奉命留守许州，最好拼死守城。况且城中兵力足以击败来犯之敌，就算坚壁不战，不过五七日，敌军势力必衰，我可以制服他们。”上官涚应允。
吴少诚日夜攻急，使许州城墙损毁严重，刘昌裔下令造战棚、木栅用来应敌;又招募袭击敌营的“突将”壮士一千人，凿墙分路出击，大破敌军。因为事先在城墙上建立了战棚木栅，所以许州城未被攻陷。当时，与上官涚素来不和的兵马使安国宁密谋以许州城降敌，结果谋划泄漏。刘昌裔为不惊扰人心，先用密计将安国宁斩首，然后，召集安国宁所部千余人宴饮，并赏赐每人缣两匹。与此同时，刘昌裔安排伏兵于各要道巷口，下令将持缣经过者全部斩首，竟无一人逃脱。消息传到城外，吴少诚解围而去。第二年，上官涚因功升任陈许节度使，刘昌裔也被擢升为陈州刺史。
韩全义在溵水战败，和他道官军都退到陈州。韩全义请求入城休息，刘昌裔登上城对韩全义说：“陛下命你讨伐蔡州，现在你来陈州，我不敢接纳你入城，请你在城外休息吧。”随后，刘昌裔率千名骑兵进入韩全义的军营，以牛、酒加以慰劳。韩全义没有料到刘昌裔会这么做，颇为惊喜，深感叹服。
贞元十八年(802年)，刘昌裔改任陈许行军司马。次年，陈许节度使上官涚去世，朝廷即以刘昌裔为许州刺史兼陈许节度使，并加检校右仆射。这时，吴少诚已向朝廷谢罪，但其不臣之心未泯，在这种形势下，刘昌裔很重视与吴少诚的关系，他命边境军士不得侵犯吴少诚境，如吴少诚军士有犯陈许境者，捕捉后都捆送吴少诚处置。对此，吴少诚往往自惭，后来也下令其边境军士不得暴掠陈许。不久，刘昌裔加封彭城郡公。
元和八年(813年)五月，许州发生大水冲坏房舍，淹没居人。这时刘昌裔年岁已高，怠于军府事务。在大水期间，军府也被冲毁。这时唐宪宗锐意对吴少诚用兵，而刘昌裔则与之保持较好的关系，引起宪宗的不满。值此，宪宗召刘昌裔回朝。刘昌裔回朝途中，得知唐宪宗心意，怕回朝受惩，即假称风眩，请求休养，得到准允。同年，刘昌裔在洛阳家中逝去，享年六十二岁。[5-6] 葬于洛阳金谷。朝廷赠潞州大都督，谥曰威。