清崇德七年（明崇禎十五年，1642年）官學生。順治七年（1650年）授秘書院編修。順治七年（1650年）授督察院啟心郎。順治十八年（1661年）升都察院左副都御史，同年外任湖廣巡撫。康熙七年（1668年），升四川總督。次年改福建總督。康熙九年（1670年），任浙江總督，進光祿大夫，兼理糧餉，挂兵部尚書兼都察院右副都御史銜，從一品。康熙十三年（1674年），三藩亂起，授直隸援剿提督。次年改崇明水師提督。康熙二十三年（1684年）至康熙三十年（1691年），任黑龍江管船炮水手總管，率領水師參與雅克薩戰役。康熙三十年（1691年），退休還鄉。康熙三十六年（1697年），以退休大臣身份監修北運河工程，完工後，恢復其總督、兵部尚書、從一品的官銜以為榮譽。

兄劉兆麟，順治辛丑科武進士。兄弟併入鄉賢。乾隆《寶坻縣誌》有二人合傳。

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