刘伯温名字叫作刘基，伯温是他的字。他的曾祖父刘濠曾在前宋任翰林掌书之职，元朝朝廷派使者去调查那些反元复宋的人，刘濠用计将使者灌醉，然后放火烧了房子，记录人员的名册也因此被烧毁，才使很多被牵连的人幸免于难。刘伯温的祖父刘庭槐十分博学，上知天文，下晓地理。而刘伯温的父亲，也是一位饱学知识的人。

出身于如此优秀的家庭，刘伯温果然天资聪颖，他年幼读书时能七行俱下，十二岁就考中了秀才，乡亲父老都称他为神童。他最神的地方要数过目不忘，相传他成年后曾到一家书店看书，店主为了讨好他，想把书送给他，刘伯温却说：“我翻过一遍后内容就已经了然于胸，还要书做什么？”

十四岁时，刘伯温到郡庠(2)读书，学习春秋经。此书是一部隐晦深奥的儒家经典，其他学生能读得流利就已经非常不错了，刘伯温却默读两遍就能倒背如流，而且还根据文章阐述自己的观点。老师十分佩服，背地里对人说道：“刘基真是位奇才，将来绝非等闲之辈。”

刘伯温十七岁时，跟随名士郑复初学习程朱理学。郑复初对刘伯温的父亲说：“您的祖上德行深厚，这个孩子一定会光宗耀祖。”

刘伯温博览群书，更喜欢研究奇门遁甲之术。他料事如神的本领，与少时的努力密不可分。