劉渙以父任為將作監主簿，監并州倉。宋仁宗天聖年間，上書請章獻太后還政。太后震怒，將要把他臉上刺字流放白州，呂夷簡、薛奎力諫得免。仁宗親政，擢為右正言。仁宗謀廢郭皇后，渙與范仲淹等伏闕相爭，沒有成功。在并州時，因與營妓遊玩，貶黜為通判磁州、知遼州。西夏攻宋，出使河西唃廝囉國，以恩信相諭，唃廝囉願以死捍邊。獻上誓書與西州地圖，加直昭文館，升任為陝西轉運使、由工部郎中知滄州，改任吉州刺史，知保州。歷知登州、邢州、恩州、冀州、涇州、澶州諸州等。劉渙回朝，治平年間，河北地震，百姓饑饉，賤賣耕牛以食，劉渙盡發公錢收買。次年，民無牛耕，複出所市牛以原價給民。歷秦鳳路、涇原路、真定路、定州路總管，官至鎮寧軍節度觀察留後。宋神宗熙寧年間，召還，以工部尚書致仕，八十一歲去世。