刘金轩出生于1908年，湖南省祁阳县人。1926年，国民党誓师北伐，全国革命形势高涨，在这种背景下，北伐军进入湖南，并开始在湖南招兵。此后刘金轩报名参军，因作战英勇，他很快就被提拔为班长。
在这之后，刘金轩进入了国民党第九路军，成为一名副连长。1929年，他又被调到第九路军第18师，继续担任副连长。18师的师长是张辉瓒，在第一次反“围剿”期间，张辉瓒前往中央苏区进攻红军。不过，18师很快就被红军包围，并且全军覆没，刘金轩也被红军俘虏。
被俘虏后，刘金轩自愿加入了红军，成为一名红军战士，并在1933年加入了我党。此后刘金轩参加了中央根据地的第二到第五次反“围剿”作战，他也在战斗中得到历练，并成为红三军团的一名营长。
1934年10月，第五次反“围剿”失败后，刘金轩参加了长征，并于1935年秋天到达陕北。到达陕北后，刘金轩留守陕甘苏区，负责保卫陕甘苏区的安全。1936年10月，红军三大主力会师之后，刘金轩被调到了红四方面军，此后他参加了援西军，奉命接应了西路军余部。
抗日战争全面爆发后，刘金轩所在的部队被改编为八路军，此后他担任了八路军129师教导团训练科科长以及129师385旅769团参谋长等职务，参加了晋冀鲁豫根据地的反“扫荡”作战，打击了日本侵略者的嚣张气焰。
1941年，刘金轩调任太行军区第六军分区副司令员，此后他率部参加了百团大战、榆辽战役、南关战斗等，多次粉碎日伪军对根据地的围攻，为晋东南抗日根据地的巩固与建设作出了重大的贡献。
解放战争时期，刘金轩担任了晋冀鲁豫军区第四纵队12旅旅长，率领12旅孤军西进，出击陕南，经过一年多的艰苦战斗之后，刘金轩攻克了洛宁、芦氏、均县等地，开辟了陕南根据地。同时，在开辟陕南根据地的过程中，他积极开展减租减息与反霸斗争，创办了陕南军政学校，加强了根据地的建设，提高了我军的战斗力与影响力。
1948年，刘金轩率部参加了襄樊战役，襄樊战役之后他又参加了淮海战役，尤其是在淮海战役第二阶段，刘金轩的部队为全歼黄维兵团提供了可靠的火力支援。淮海战役结束后，刘金轩率部重返陕南根据地，1949年，他担任了十九军第一任军长，此后他又率部参加了解放陕西的多场重要战斗，为革命的最终胜利立下汗马功劳。
新中国成立之后，刘金轩参加了解放西南的西南战役，并在解放西南过程中完成了上级下达的作战任务，歼灭俘虏国民党部队近2万人。1950年，刘金轩改任陕西军区司令员，陕西军区改为陕西省军区后，刘金轩被调到西北军区工作，此后他进入南京军事学院高级速成系学习，毕业后担任了64军军长以及铁道兵副司令员等职务。
1955年授衔时，刘金轩被授予中将军衔，成为开国中将。在1966年开始的那段特殊历史时期中，刘金轩也受到了冲击，身心受到了极大的迫害，不过，他立场坚定，爱憎分明，与造反派进行了坚决的斗争。1975年，刘金轩重新复出工作，担任了铁道兵顾问。1982年，刘金轩离职休养，晚年他主要生活在北京，于1984年因病去世，享年76岁。
