司馬曜四歲時被封為會稽王，372年晉簡文帝駕崩前夕被立為皇太子並繼承皇位，時年十一歲。
但是當時大權旁落，被權臣桓溫把持，373年桓溫死，又由從嫂崇德太后褚蒜子臨朝聽政。376年，實權由丞相謝安掌握。383年在宰相謝安的輔佐下，擊敗前秦大軍，贏得淝水之戰的勝利，挽救了東晉王朝。
司馬曜即位時期由於稅賦改革與謝安當國，被稱為東晉末年的復興，但是謝安死後，司馬曜很快就恢復了司馬氏皇權，還讓他的弟弟司馬道子做丞相。
然而司馬曜和司馬道子都愛喝酒，司馬道子又任用小人，致令朝政漸見敗壞，而司馬曜信任的臣下看不上司馬道子任用的小人，兩派之間矛盾造成主相之間的鬥爭。
396年，司馬曜在後宮與張貴人飲酒，席間和張貴人開了一個玩笑。喝醉了的司馬曜對她說："汝以年亦當廢矣，吾意更屬少者。"張貴人聽了後很不開心，但司馬曜毫無察覺，玩笑越開越厲害，張貴人便起殺心。
司馬曜睡著之後，張貴人把司馬曜身邊的太監也灌醉，叫來了心腹宮女，趁著司馬曜熟睡的時候，用被子捂死了他，一代帝王就這樣窩囊的死在了妃子的手裡。
隨後，張貴人說司馬曜死於做噩夢，正好丞相司馬道子也對孝武帝之死求之不得，因而對張貴人不予追究。太子司馬德宗即位，司馬道子以皇叔之尊輔政掌權。
司馬曜死後，諡號孝武皇帝，廟號烈宗，與孝武定皇后王法慧共葬於隆平陵。
史學家呂思勉懷疑司馬曜酒後戲言而被張貴人捂死這件事，可能是司馬道子散布的謠言，暗示司馬曜之死很可能是司馬道子等人策劃的陰謀。
司馬道子 司馬曜
