早年經曆
範曄出生於士族家庭（順陽範氏家族），曾祖範汪仕東晉，官至安北將軍，撰有《尚書大事》《範東陽方》等，進爵武興縣侯，傳至伯父範弘之；祖父範寧曆任臨淮太守、豫章太守，為東晉經學大家，著有《春秋榖梁傳集解》；父範泰仕晉為中書侍郎，後得劉裕信任，屢被升遷，亦有《古今善言》二十四卷。
範曄雖出名門，但由於是妾生的庶子，地位並不高。據傳範曄為母親入廁時所生，因額頭被磚磕破，遂得小名“磚”。範曄出生後，因伯父無子，就被過繼給範弘之，因而得襲爵位，封武興縣五等侯。
範曄自幼酷愛讀書，幼年即博覽家中藏書，善文，能作隸書，並通曉音律。義熙十年（414年），州郡征召為主簿，被範曄拒絕。元熙二年（420年），劉裕代晉稱帝，範曄應招出仕，任彭城王劉義康門下冠軍將軍，後遷為秘書丞，因父喪離職。元嘉七年（430年），範曄服喪期滿，擔任征南大將軍檀道濟的司馬、兼新蔡太守。時北魏鮮卑軍隊圍攻青州，檀道濟奉命出師解圍，範曄隨軍北伐，升任尚書部郎。
著史立說
元嘉九年（432年）冬，彭城王劉義康母親王太妃去世。下葬當晚，劉義康召集同僚舊友料理喪事，聚會於東府。時範曄的弟弟範廣淵為司徒府祭酒，範曄就和王深、王廣於範廣淵處飲酒，開北窗欣賞挽歌為樂。劉義康大怒，降範曄為宣城太守。
範曄因被貶職，鬱鬱不得誌，就在任內整理各家關於後漢的史籍，開始從事後漢史的編纂工作，企圖以此排解痛苦。通過研究史事，範曄打開了眼界，憑著個人對曆史問題的理解和一腔熱情，範曄終於寫出了他的曆史名作《後漢書》。《後漢書》為文簡明周詳，敘事生動，書成後遂取代了以前各家的後漢史。
孤高疏狂
元嘉十五年（438年），範曄任滿，調任長沙王劉義欣鎮軍長史，加封寧朔將軍。次年，嫡母（父範泰正室）去世，按禮數範曄應立即赴喪，但範曄以患病為由，過了好久才動身，並攜帶妓妾同往。禦史中丞劉損上表檢舉範曄一係列的違禮行為，宋文帝欣賞範曄的才華，並未將他治罪。
元嘉十七年（440年），服喪期滿，範曄投靠興王劉浚，任後軍長史、南下邳太守；劉浚任揚州刺史後，不問政事，一應事務全部委托範曄。因此範曄仕途暢達，不久升為左衛將軍、太子詹事。
範曄具有多方麵的才能，除學識淵博、善於為文外，還精通音樂，長於書法。但範曄為人傲岸不羈，不肯曲意逢迎。他的琵琶彈得很好，並能創作新曲。宋文帝很想聽聽，屢次加以暗示，範曄故作不知，始終不肯為皇帝彈奏。一次文帝宴請大臣，對範曄說：“我想唱歌，請你為我彈琴。”範曄隻得奉旨彈奏，文帝歌一唱完，範曄馬上停止彈奏，不肯多彈一曲。
範曄雖然不曲意逢迎皇帝，對同僚卻以誠相待。時沈演之為右衛將軍，與範曄（左衛將軍）對掌禁旅，同參機密。每次朝見皇帝時，範曄若先到，必等沈演之到來一起進去，而沈演之入朝向來沒有等範曄的習慣。範曄為人不藏心機，遂作《和香方》，對他們進行譏訕。根據同僚的特點，範曄把庾炳之比作是“多忌”的麝香、沈演之比作“昏鈍”的“棗膏”等等，而範曄則以“沈實易和”自喻。《和香方》一出，範曄更為同僚所不容。
召禍之由
元嘉十七年（440年），因彭城王劉義康長期執政，威權日重，宋文帝猜忌心起，遂以“合黨連群，陰謀潛計”的罪名解除了劉義康的宰輔職務，貶為江州刺史。孔熙先因劉義康有恩於其父，便聯絡朝臣，密謀反叛，更立劉義康為帝。
範曄掌握禁軍，有盛名，又多年在劉義康的部下為官，所以在網羅黨羽時候，成了孔熙先首先留意的對象。孔熙先首先結交範曄的外甥謝綜，謝綜為報答孔熙先，就把他引薦給了範曄。孔熙先認識範曄後，傾全力伺候範曄，並拉攏範曄賭博，故意輸錢。範曄貪心錢財，又欣賞孔熙先的才幹，於是二人關係越來越好。孔熙先見時機成熟，就嚐試慫恿範曄參與謀反，被範曄拒絕。孔熙先又用朝廷拒絕聯姻一事相激，劉義康也為宣城之貶向範曄頻致歉意，範曄終於參加進來，決心反叛朝廷。
叛亂始末
孔熙先精通天文，就派尼姑法靜南下論道，宣揚江州將出天子（即江州刺史劉義康）；為增加謀反成功率，孔熙先又命僧人法略改名孫景玄，到臧質軍中任寧遠參軍 ，並聯絡許耀（法靜的妹夫，時任台城隊長，在宮中值班），以為內應。孔熙先又勾結大將軍府史仲承祖，仲承祖便將謀反計劃告訴了丹陽尹徐湛之。
徐湛之告訴範曄，臧質非常讚成他們的行動，必定會邀請蕭思話一同舉事，不用擔心兵力不夠，隻須坐等良辰到來。於是他們互相設置官職：徐湛之為撫軍將軍、揚州刺史，範曄為中軍將軍、南徐州刺史，孔熙先為右衛將軍等，凡是他們一貫討厭或不附從劉義康的，又另抄一本，以便將這些人處死。
孔熙先見事情進展順利，命其弟孔休先草擬檄文，並要求範曄起草政變宣言。於是，範曄以劉義康的名義作書給徐湛之，勉勵各部“同心協力，族滅奸黨，爭為創業元勳，再創宋朝”。
元嘉二十二年（445年）九月，征北將軍衡陽王劉義季、右將軍南平王劉鑠外出邊鎮就任，範曄等人便約定在這天舉事，但由於沒有約好，政變未能如期舉行。
身死事哀
元嘉二十二年（445年）十一月，徐湛之上疏文帝，告密範曄是政變的主謀，並呈報參與政變的名單和相關書信證據，文帝隨即詔書“馬上逮捕，依法窮詰”。當夜，文帝遣人秘密收捕謝綜、孔熙先，又詔朝臣會聚東閣，質問範曄為何謀反。範曄在倉猝之際非常恐懼，慌忙否認。文帝告知其謝綜、徐湛之、孔熙先等都已供認，又擺出書信證物，範曄遂承認謀反事實，表示“有負於國、罪行深重，願被處死。”
第二天，範曄被送入獄，詢問徐湛之關押何處，才得知告密者正是徐湛之。於是，範曄稱病請求更換獄所，得以和謝綜等人成為隔壁。範曄告訴他們告密者是徐湛之，並作詩感歎：“在生已可知，來緣畫無識。好醜共一丘，何足異枉直。”範曄入獄後，以為自己會被即刻處死，不料因文帝追查案情，二十多天未見結果，範曄以為尚有生存希望。孔熙先譏諷範曄怕死，範曄感喟地說：“可惜！滿腹經綸，葬身此地。”
十二月，範曄被押赴刑場，時年四十八歲。其子範藹、範遙、範叔委等皆被株連，唯有孫子範魯連幸免於難。