赵王司马伦字子彝，宣帝的第九个儿子，母亲是柏夫人。曹魏嘉平初年(249)，封为安乐亭侯。五等制建立后，改封为东安子，拜谏议大夫。
武帝即位，封他为琅王牙郡王。因让散骑将刘缉收买工所的人打算盗窃御裘坐罪，廷尉杜友以法断刘缉弃市，司马伦应与刘缉同罪。有司奏司马伦爵位重又是亲属，不能连坐。谏议大夫刘毅反驳说：“王法赏罚，不论贵贱，然后才可以使礼制齐一刑典显明。司马伦明知御裘不同寻常，却不明白地告诉手下，本与刘缉同罪，可以按亲属和地位酌量减罪，而不能置而不问。应该按法律折中，如杜友所说。”武帝认为刘毅说的对，然而司马伦是自己亲叔父，所以下诏赦免了他。等到了封国，任东中郎将、宣威将军。咸宁年间(275～279)，改封为赵王，升为平北将军、都督邺城守事，任安北将军。元康初年(291)，迁为征西将军、开府仪同三司，镇守关中。司马伦用刑和奖赏失中，氐族羌族反叛，征召回京师。不久拜为车骑将军、太子太傅。与贾后及其母郭槐结交很深，谄媚侍奉中宫，贾后很亲信他。要求任尚书令，张华、裴危页坚决不同意。又要求当尚书令，张华、裴危页又不同意。
愍怀太子被废弃后，让他领右军将军。当时左卫司马督司马雅以及常从督许超，都曾侍奉东宫太子，二人为太子无罪被废而感伤，便与殿中中郎士猗等商量废贾后，复太子之位，因张华、裴危页不愿废贾后之志难改，难以与他们图谋，赵王伦执掌重要的兵权，性情又贪功冒进，可借他的力量成事，便劝说司马伦宠幸的臣子孙秀道：“中宫贾后凶狠嫉妒无道，与贾谧等人一起废了太子。现在国家没有嫡系继嗣，社稷危险了，大臣将会起事。而你名义上侍奉中宫，与贾后郭氏亲善，太子被废，都说你们参与了此事，一旦另起事端，灾祸一定会牵连到你们。为何不事先谋划一下呢？”孙秀同意了，告诉司马伦，司马伦采纳了这个意见。于是告诉通事史令张林以及省事张衡、殿中侍御史殷浑、右卫司马督路始，让他们当内应。事将要发起时，孙秀知道太子聪明，如果回到东宫，会与贤人谋及政事，估计自己必定不得志，便又劝司马伦说：“太子为人刚猛，不能为私事而干求请见。明公您一向侍奉贾后，时议都认为您是贾后的私党。现在虽然想为太子建大功，可太子心有宿怨，一定不会对您增加赏赐了。会说为百姓之望所逼迫，将功折罪罢了。这是招致灾祸的办法。现在暂且缓慢行事，贾后必定会加害太子，然后废弃贾后，既为太子报仇，又足以立功，哪只是避免灾祸呢？”司马伦听从了他的意见。孙秀便稍稍泄漏废贾后复太子之位的计策，让贾谧的同党大都知道。司马伦、孙秀于是劝贾谧等人及早杀死太子，以杜绝众人之望。
太子遇害之后，司马伦、孙秀的谋划更厉害，而司马雅和许超怕以后致祸，对以前的计谋反悔，便托辞有病。孙秀又告诉右卫亻次飞督闾和，闾和依从了，约定四月三日夜晚三更一刻，以鼓声为号。到了约定的时间，便假诏敕令三部司马道：“中宫与贾谧等人杀了我太子，现在让车骑进入废除贾后。你们都应听从命令，赐爵为关中侯。不听命的，诛灭三族。”于是众人都听从命令。司马伦又假诏开门晚上入宫，把军队陈列在路南，派翊军校尉、齐王司马礒带领三部司马一百人，打开宫门进入。华林县令骆休为内应，迎惠帝驾临东堂。于是废贾后为庶人，把她囚禁在建始殿。拘捕吴太妃、赵粲以及韩寿的妻子贾午等人，交付行刑司考究查实。下诏告知尚书废贾后之事，并拘捕贾谧等人，召集中书监、侍中、黄门侍郎、八坐等人都连夜入殿，逮捕张华、裴危页、解结、杜斌等人，在殿前诛杀了他们。尚书开始怀疑诏书有诈，郎师景露出手版上奏请求皇帝手诏。司马伦等人认为败坏众人情绪，斩首示众。第二天，司马伦坐于端门，屯兵向北，派尚书和郁持节把贾庶人送到金墉。杀赵粲叔父中护军赵浚以及散骑韩豫等，朝廷内外的官员多被罢免。司马伦不久又假诏自己任命持节、大都督、督中外诸军事、相国，侍中、赵王如故，完全依照司马懿辅佐魏国的办法，设置左右长史、司马、从事中郎四人，参军十人，掾属二十人，军队一万人。任他的大儿子散骑常侍司马罶领冗从仆射；儿子司马馥任前将军，封为济阳王，司马虔为黄门郎，封为汝阴王，司马诩是散骑侍郎，封为霸城侯。孙秀等所封都是大郡，兼有兵权，文武官封侯的几千人，百官都听令于司马伦。
司马伦平素才能平庸，没有智慧计策，又为孙秀所制，孙秀的威权显扬于朝廷，天下都侍奉孙秀而无求于司马伦。孙秀起自于琅王牙小吏，累官于赵国，以谄媚显达。执掌国家大权后，便恣肆于施奸谋，多杀忠臣良将，以逞私欲。司隶从事游颢与殷浑有隔阂，殷浑引诱游颢的家奴晋兴，让他伪告游颢有篡逆打算。孙秀不仔细察问，便拘捕了游颢和襄阳中正李迈，把他们杀了，厚待晋兴，任命为己部曲督。前卫尉石崇、黄门郎潘岳都与孙秀有隔阂，一并被杀。于是京城中的君子不以其生存为乐了。
淮南王司马允、齐王司马礒认为司马伦骄纵僭位，内心怀有不平之意。孙秀等人也深以为忌，便让司马礒出镇许，收回了司马允的护军。司马允发愤，起兵讨伐司马伦。司马允失败灭亡后，司马伦加九锡，增加封邑五万户。司马伦假装谦让，诏书派百官到他府上劝进，由侍中宣读诏书，然后他才接受。加封司马罶为抚军将军、领军将军，司马馥为镇军将军、领护军将军，司马虔为中军将军、领右卫将军，司马诩为侍中。又任孙秀为侍中、辅国将军、相国司马，右率如从前一样。张林等人都位居要职。增加司马伦相府兵为二万人，与皇帝的护卫相同，还暗藏了些兵士，总数超过三万。把东宫的三个门都建成四角华丽的望楼，又隔断宫的东西道路为外部边界。有人对孙秀说：“散骑常侍杨准、黄门侍郎刘逵要梁王司马肜来诛杀司马伦。”恰好有星象的异常变化，便徙司马肜为丞相，居住司徒府，让杨准、刘逵转任外官。
赵王司马伦没有学问，不知书；孙秀也由于狡黠小聪明，贪求淫利。与他共事的人，都是邪佞之徒，只追逐荣禄名利，没有深谋远虑的谋略。司马罶见识浅薄，司马馥、司马虔也都凶狠暴戾，司马诩愚蠢顽劣又轻佻，各自乖异，互相憎恨诋毁。孙秀的儿子孙会，二十岁，当射声校尉，娶惠帝女河东公主。公主母丧不到一年，便纳聘礼。孙会形体矮小面貌丑陋，像下等的奴仆。当初与富家儿子在城西贩马，百姓忽然听说他娶了公主，没有谁不惊骇。
司马伦、孙秀都很相信巫鬼，听信妖邪之说。孙秀让牙门赵奉假称宣帝司马懿的神语，说要让司马伦早日入西宫。又说宣帝在北芒山当赵王的佐助，于是又在北芒山别立宣帝庙。说叛逆的谋划可以成功。任太子詹事裴劭、左军将军卞粹等二十人为从事中郎，另有掾属二十人。孙秀等安置诸军，安插心腹，让散骑常侍、义阳王司马威兼侍中，出入诏命。假作禅让之诏，让使持节、尚书令满奋，仆射崔随为副，捧着皇帝的玉玺印绶禅位给司马伦。司马伦假装谦让不接受。于是宗室诸王、群公卿士都假称有符瑞天文灵应予以劝进，司马伦才同意。左卫王舆与前军司马雅等带领甲士入殿，以威赏明示三部司马，所以都没有谁敢反对。当天夜晚，派张林等人屯守诸门。义阳王司马威以及骆休等人逼着天子拿走玉玺印绶。不到天亮，内外百官用车舆法驾迎接司马伦。惠帝坐云母车，随行仪仗队几百人，从华林西门出居金墉城。尚书和郁兼侍中、散骑常侍，琅王牙王司马睿、中书侍郎陆机跟随，到城下而返回。派张衡保卫惠帝，实际上就是囚禁他。
司马伦随从士兵五千人，从端门进入，登上太极殿，满奋、崔随、乐广把玉玺印绶献给司马伦，于是司马伦便僭位称帝，大赦天下，改年号为建始。这一年，贤良方正、直言、秀才、孝廉、良将都不考试；计吏以及在京邑的当出使四方的使者，太学生年纪在十六岁以上以及正在学习的二十岁的人，都任命为官吏；郡县二千石以上的令长适逢大赦时正在职的人，都封为侯，郡纲纪都是孝廉，县纲纪都是廉吏。任大儿子司马罶为太子，司马馥为侍中、大司农、领护军、京兆王，司马虔为侍中、大将军领军、广平王，司马诩为侍中、抚军将军、霸城王，孙秀为侍中、中书监、骠骑将军、仪同三司。张林等诸党都登上卿将之位，大加封赏，其余同谋之人都破格提拔晋升，不可胜记，就连奴仆士卒杂役之人也都加封爵位。每次朝廷会见，冠饰貂蝉者满坐，当时的人作谚语说：“貂不足，狗尾续。”只以苟且的恩惠取得人们的欢悦，库府的储备还不够赏赐，金银冶炼铸造还不能供给冶印，所以有白版封侯，君子耻于接受他的赏赐，百姓也知道他不得善终了。
司马伦亲自祭祀太庙，回来时，遇到大风，吹折了麾盖。孙秀为司马伦建立了非常的大功，因此司马伦更敬重他。孙秀住在文帝司马昭当相国时所居的内库，事无巨细，必定先征求他的意见然后才实行。司马伦的诏令，孙秀总是改变，有所取舍，便自己写在青纸上当诏书，有时朝令夕改竟达到三四次，百官转任改职如同流水一样。当时有只雉鸡飞入殿中，从太极殿的东阶上殿，人们驱赶它，又飞到殿西边大钟的下面，过了一会，飞走了。另外司马伦在殿上捉到一只奇异的鸟，问手下都不知它是什么鸟，过了几天的一个傍晚，宫西边有个穿白衣服的小孩说这鸟是服刘鸟。司马伦让人抓住小儿和这只鸟一并关在牢室中，第二天早晨打开一看，门户和先前一样，可是人和鸟都不见了。司马伦眼睛有个瘤子，时人认为这是妖异的象征。
当时齐王司马礒、河间王司马..、成都王司马颖都拥有强大的军队，各占一方。孙秀知道司马礒等人必定有别的图谋，便选拔亲戚党羽以及司马伦的旧官吏当这三王的参佐之将和郡守。
孙秀本来与张林有隔阂，虽然表面上互相推崇，内心其实忌恨他。等到张林当了卫将军，深恨自己没得到开府之职，暗地里给司马罶写信，陈述孙秀专权，行为违背众人心愿，而所封功臣都是小人，扰乱朝廷，可一并杀了他们。司马罶把信给司马伦看，司马伦又给孙秀看。孙秀劝司马伦杀掉张林，司马伦同意了。于是司马伦请同宗室的人在华林园聚会，召集张林、孙秀以及王舆入见，趁机拘捕张林，杀了他，并诛灭三族。
等到三王起兵讨伐司马伦的檄文传来，司马伦、孙秀才大为恐惧，派其中坚孙辅为上军将军，积弩李严为折冲将军，率七千士兵从延寿关出战，征虏张泓、左军蔡璜、前军闾和等率九千人从..坂关出兵，镇军司马雅、杨威莫原等率八千人从成皋关出兵。征召东平王司马懋为使持节、卫将军，都督各军抵御三王之师。派杨珍昼夜到宣帝庙祈祷请求，回报总是说宣帝感谢陛下，某日必当破贼。又拜道士胡沃为太平将军，让他招来福..。孙秀家中天天陈设各种祭祀，制作诅咒制胜的巫术文章，让巫祝选择作战的日子。又让近亲在嵩山上穿着羽衣，诈称是仙人王乔，制作神仙文字，叙述司马伦国运长久，以此迷惑民众。孙秀想派司马馥、司马虔带兵协助诸军作战，他们二人不肯。司马虔平素与刘舆亲善友爱，孙秀便让刘舆劝说司马虔，此后司马虔才带领八千士兵作三军的后继和援助。张泓、司马雅等虽然连战连胜，但义军分散后又汇合，司马雅等人不能前进。许超等人与成都王司马颖的军队在黄桥作战，杀伤一万多人。张泓径直到阳翟，又在城南攻破齐王司马礒的辎重，杀死几千人，于是占据城池保住屯积军需物资之所。这时司马礒的军队已经在颍阴，离阳翟四十里。司马礒分军渡过颍水，进攻张泓不利。张泓乘胜追到颍上，夜晚面临颍水列阵。司马礒派轻兵进攻他们，诸军不动，而孙辅、徐建的军队夜晚自乱，径自回洛阳自首。孙辅、徐建逃跑时，不知道其他军督都还在，便说：“齐王军队强盛，势不可挡，张泓等已覆没了。”司马伦大惊，隐瞒此事，召集司马虔和许超回京。正好张泓击败司马礒的捷报传来，司马伦大喜，便又派许超前往，而这时司马虔在回京的途中已到庾仓。许超回兵前进渡过黄河时，将士疑惑隔阂，锐气内挫。张泓等带领所有兵士渡过颍水，进攻司马礒兵营，司马礒出兵进攻他们的别帅孙髦、司马谭、孙辅，将其全部攻破，士卒流散逃回洛阳，张泓等收集余众回营。孙秀等得知三方军情一天天危急，假传攻破了司马礒兵营，活捉了司马礒，以此欺骗众人，并让百官都来祝贺，而士猗、伏胤、孙会都执掌兵权而不相从。司马伦又授予太子詹事刘琨使节，让他督河北将军，率一千步兵催促各军作战。孙会等与义军在激水交战，大败，撤退保守河上，刘琨烧断河桥。
自从义兵兴起，百官将士都想诛杀司马伦、孙秀以向天下谢罪。孙秀知道众怒难犯，不敢出省。及至听说河北军全部失败，便忧虑得不知所为。义阳王司马威劝孙秀到尚书省与八坐议论征战防备之事，孙秀依从了。使京城四品官以下的子弟年龄在十五岁以上的人，都到司隶之所，跟着司马伦出战。内外各军都想劫杀孙秀，司马威害怕，从崇礼闼回到下舍。许超、士猗、孙会等都回军以后，便跟孙秀谋划，有人想收集剩余的士兵出战，有人想焚烧宫室，诛杀不依附自己的人，随同司马伦向南投奔刘旆、孟观等人，有人想乘船向东逃到大海，计议不决。王舆反叛，率领该营七百多士兵从南掖门攻入，敕令宫中士兵各自守卫宫门，三部司马作为内应。王舆自己前往攻击孙秀，孙秀关闭中书南门。王舆让士兵登墙烧屋，孙秀和许超、士猗仓惶逃出，左卫将军赵泉斩孙秀等人示众。在右卫营逮捕了孙会，交付廷尉诛戮。捉住了前将军谢忄炎、黄门令骆休、司马督王睶，都斩于殿中。三部司马兵在宣化闼中斩孙弼示众。当时司马馥在孙秀家，王舆派将士把他囚禁在散骑省，用大戟守住省..。八坐都到殿中，坐在东阶树下。王舆驻扎在云龙门，让司马伦制诏令道：“我为孙秀等人所误，致使三王发怒。现在孙秀已诛，将迎太子复位，我告老归农。”传示诏书用驺虞幡信令将士放下武器。文武百官各自奔逃，没有谁敢家居。黄门带司马伦从华林东门出，和司马罶一起都回到汶阳里住宅。于是派甲兵数千把天子从金墉城迎归，百姓都称万岁。惠帝从端门入，升殿，居广室，送司马伦和司马罶等到金墉城。
当初，孙秀害怕西军到来，又召司马虔还京。这天住宿在九曲，诏令使者免去司马虔官职，司马虔恐惧，离开军队带了几十人回到汶阳里。
梁王司马肜表奏司马伦父子叛逆，应当诛杀。百官在朝堂会议，都如同司马肜表奏一样。派尚书袁敞持节赐司马伦死罪，让他喝金屑苦酒。司马伦惭愧，用手巾遮住脸，连声说：“孙秀误我！孙秀误我！”于是逮捕司马罶、司马馥、司马虔、司马诩交付廷尉狱，考究查实。司马馥临死时对司马虔说：“因你连累我们家破人亡啊！”百官凡是司马伦所用的人，一律斥免，台省府卫也只有少数保留。自兴兵六十多天中，作战所杀害的将近十万人。
大凡同司马伦为逆参预谋划大事的人：张林被孙秀杀死；许超、士猗、孙弼、谢忄炎、殷浑与孙秀为王舆所杀；张衡、闾和、孙髦、高越从阳翟返回，伏胤战败后回到洛阳，都斩于东市；蔡璜在阳翟向齐王司马礒投降，回洛阳以后自杀；王舆因有功免于诛杀，后来与东莱王司马蕤谋划杀司马礒，又伏法被杀。