劉尋，密州安丘縣人。祖父劉綬，任密州戶掾，追贈為左散騎常侍。父親劉融，任安丘縣令，追贈為工部尚書。劉尋年幼時心有大志，愛好用兵謀略，涉獵史籍書傳。唐中和年間，跟隨青州節度使王敬武任小校。王敬武去世後，青州三軍推舉他的兒子王師範為青州留後，朝廷命令崔安潛鎮守青州，青州人抗拒朝廷的任命。棣州刺史張蟾準備攻襲王師範，王師範派都指揮使盧弘進攻棣州，盧弘反而與張蟾勾通，假裝凱旋回師以襲擊王師範。王師範知道這回事，埋伏士兵迎接盧弘，接著設宴招待他，預先告誡劉尋說：「盧弘一來就殺死他。」劉尋按照約定，在酒席上殺死盧弘，與他一同作亂的人都被誅殺了。王師範任劉尋為馬軍步軍副總指揮使，攻下棣州，殺死張蟾，朝廷便授王師範為平盧軍節度使。光化初年，王師範上表推薦劉尋任登州刺史，一年多後，改任淄州刺史，暫任行軍司馬。
天復元年(901)，唐昭宗被迫移駕鳳翔，梁太祖率領四鎮的軍隊到岐下奉迎昭宗回到長安。李茂貞與宦官韓全誨假托昭宗詔令征聚天下兵馬到鳳翔攻打太祖、援救昭宗，王師範看罷詔令，慷慨哭泣流淚，派遣部下心腹乘虛襲取大梁轄區內的州郡。原定所在地方同一天暗自發兵，但事情大多洩露，只有劉尋率領偏師攻陷了兗州城，於是佔據了兗州。開始，劉尋派細作裝扮成賣油的人，偵察兗州城內虛實以及進入的道路，看到外城下面有一水洞可以帶著部隊進城，就記住這個地方。劉尋於是告訴王師範，請得五百名步兵。半夜從水洞偷偷進城，一個晚上就平定了兗州城，軍隊和城鎮都平安，市民不受驚擾。梁太祖命令大將葛從周攻打劉尋。當時葛從周任節度使，領兵在外，州城被劉尋佔據，家屬全在城中。劉尋好生地安撫他的家屬，搬往外面的住宅，供給衣食，恭敬有禮，上堂拜見葛從周的母親。到葛從周進攻州城時，劉尋用轎子抬著葛從周的母親登上城牆，葛母告訴他兒子葛從周說：「劉將軍待我非常周到，跟自己兒子沒有兩樣，從媳婦以下，都不失身份地位。劉將軍與你各為自己的主人賣命，你要體諒他。」葛從周感歎欷虛欠而退。劉尋挑出城中老弱病殘以及婦女等消耗糧食而不能守城的百姓，全部放出城外，自己與將士們同甘共苦，分衣推食，以抗拒城外軍隊，約束部下，嚴禁暴虐，居民泰然平安。葛從周進攻包圍已經很久，劉尋沒有外援，軍心逐漸有了背棄他而投降的意向。一天，節度副使王彥溫翻越城牆逃跑，守城士兵也跟著他逃亡，劉尋的守軍禁止不住，劉尋就派人從容告訴王彥溫說：「請副節度使少帶人馬出城，不是平素管轄的部眾請不要帶走。」又對部眾揚言說「：平素跟隨副節度使的人要走都不禁止，其他擅自逃走的就殺了他的全家。」守城市民聽到都感到疑惑，逃奔的人才停止。城外軍隊聽到後，果然懷疑王彥溫有詐，就把他殺死在城下，從此軍隊城池更加牢固。到王師範兵力逐漸衰竭，葛從周用禍福的道理曉諭劉尋，勸他反正投降，劉尋回報說：「等青州節度使王師範歸順投降，我就把城池獻還。」天復三年(903)十一月，王師範宣告投降，並說先前是他派行軍司馬劉尋領兵入據兗州，請赦免他的罪過，又將情況告訴劉尋，劉尋才出城聽從發落。梁太祖嘉獎劉尋的節操風概，認為他有唐朝英國公李責力的節操。
劉尋投降後，葛從周具辦行裝衣服車馬，請劉尋前往大梁。劉尋說：「我還沒有聽到梁王赦免我的命令，現在乘肥馬穿皮衣，我不敢聽從這樣的吩咐。」於是穿著平常衣服，坐著驢子出發。到將謁見太祖時，太祖令賜給他冠服衣帶，劉尋說：「我是被關押起來的囚犯，犯有罪行，請捆起我入見。」太祖不答應。到相見時，太祖慰問安撫多時，又賜劉尋飲酒，劉尋告訴太祖自己酒量很小。太祖說「：您佔取兗州時，肚量是多麼大啊！」旋即授與他元從都押牙官職。太祖手下各位將領，都是四鎮舊人，而劉尋一旦以一羈押降將的身份，驟然居於眾人之上，到與各將領相見，劉尋都對他們施行朝廷拜揖的禮儀，太祖尤其驚異而器重他。不久，上表推薦劉尋為..州留後。
這時，..州、岐下的部眾，多次寇犯劉尋的邊界，劉尋防備抵禦十分周到，太祖因為劉尋轄地偏遠，擔心失去劉尋，就令劉尋放棄..州，領軍屯駐於同州。天..三年(906)正月，太祖接受元帥的任命，以劉尋為元帥府都押牙，仍如前任右金吾衛大將軍。開平元年(907)，任右金吾上將軍，兼任各軍馬步軍都指揮使。同年秋，與諸將征討潞州，遷升為檢校司徒。三年二月，轉任右威衛上將軍，仍依前兼任馬步都虞候。五月，改任左龍武統軍，兼任侍衛親軍馬軍步軍都指揮使。
那年夏天，同州劉知俊反叛，引來岐人襲擊並佔領了長安，分兵扼守黃河、潼關。梁太祖到達陝地，命令劉尋向西征討，劉尋即奮勇奪取潼關，活捉了劉知俊的弟弟劉知浣獻上，接著領兵收復長安，劉知俊放棄同州逃往鳳翔。太祖任劉尋為佑國、同州軍兩使留後，旋即改佐國軍為永平軍，任劉尋為節度使、檢校司徒，代理大安尹、金州管區內觀察使。這時，西部邊陲未得安寧，切近敵寇邊境，劉尋訓練士兵撫慰民眾，獨當一面。開平四年(910)，加封檢校太保、同平章事。庶人朱友王圭篡位，加封檢校太傅。乾化三年(913)正月，服母喪。朱友王圭命他起復任事。梁末帝即位，更加深深倚重他。第二年夏天，詔令劉尋回京，授予開封尹，遙任鎮南軍節度使。旋即遇上晉人寇犯河朔，劉尋奉詔與魏博節度使楊師厚打退了他們。
九月，徐州節度使蔣殷據城反叛。當時朝廷任命福王朱友璋鎮守徐州，蔣殷不接受替代，末帝派劉尋與鄆州統帥牛存節領兵攻打他。蔣殷向淮南吳國求援，偽吳國君主楊溥派大將朱瑾帶領部眾奔赴支援，劉尋迎擊打敗了他。貞明元年(915)春天，徐州城被劉尋攻陷，蔣殷全家自焚，從火中找到他的屍首，割下腦袋獻給朝廷，詔令加封劉尋為檢校太尉。
三月，魏博節度使楊師厚去世，朝廷分相、魏為兩鎮，派劉尋率領大軍屯駐南樂，以征討王..為名。不久魏軍果然叛亂，囚禁節度使賀德倫送與太原晉人以交好。六月，晉王進入魏州，劉尋率領精兵一萬人從洹水移軍魏縣，晉王前來偵察，劉尋在河道拐彎的叢林間埋伏士兵，等晉王一到，大聲吶喊向前，包圍了幾層，殺傷和俘獲了很多人，晉王僅得以隻身逃脫。同月，劉尋偷偷率領部隊由黃澤向西奔襲太原，將要出發時，擔心被晉軍追擊，於是扎茅草為人，將旗幟縛在茅草人身上，用驢子載著茅草人，順著矮城牆行走，幾天後，晉人才發覺。劉尋部隊開到樂平，遇上數十天大雨，部隊不能前進，劉尋只好整頓部隊而回。魏州的臨清，是儲積糧食的地方，劉尋帶領軍隊準備攻佔它，遇上晉軍將領周陽五從幽州領兵來到，劉尋於是佔領貝州，與晉軍在堂邑相遇，劉尋攔截打退了周陽五部隊，追擊敗軍五十多里，於是在莘縣駐軍。增修城牆，疏浚城池，從莘縣到黃河，築起甬道以運輸糧餉。
八月，梁末帝賜給劉尋詔書說：「朝廷以外之事，全托付給將軍。河朔各州，一旦而被淪陷，師旅疲勞委頓，患難天天滋生，退守黃河，久無鬥志。昨日東邊諸侯送上奏章，都說倉庫府藏已竭，飛車運輸也供不應求，服役之人，常遭俘獲，我日夜操心，憂慮滿懷。將軍與國家同命運，當考慮良策，如果打聽到敵兵數量不多，就應籌劃機謀，及時撲滅，那麼我也就不至於辱沒先人。」劉尋上奏說：「臣蒙受國家深恩，忝掌朝廷大政，豈敢不枕戈待旦，盡節效忠。前日正要向西奪取太原，切斷晉軍歸路，然後向東收取鎮、冀兩州，解除他們彼此策應之勢，只在十天半月之間，就能再度澄清河朔。哪想到上天正促成戰亂，國難尚未平定，才出兵，就遇上數十天大雨，軍資糧食竭盡，兵士死傷。痛感蒼天，不與我同謀，於是徵詢士兵，都想回師。凡駐紮行軍，常張掎角之勢，我又想切斷晉軍糧道，準備佔領臨清。才到宗城，周陽五突然來到，騎軍馳突，變化如神。臣於是率領大軍，固守莘縣，深溝高壘，犒勞訓練士兵，日夜戒嚴，伺機進取，偵察敵軍營壘，兵數極多，樓煩人都能騎馬射箭，是非常厲害的勁敵，未可輕易圖謀。臣若能找到機會，怎敢坐視國家患難？臣心體察國家，明鑒於天。」末帝又派使者詢問劉尋決勝的策略，劉尋說「：臣無奇術，只要每人供給十斛糧食，就能全部攻破敵人。」末帝大怒，責備劉尋說「：將軍積蓄糧食，是為了吃飽肚子呢，還是要打敗敵人呢？」於是派朝中使者前來督戰。劉尋召集各位將校商議說：「主上深居宮禁之中，不懂用兵謀略，與白面書生共謀，終將壞我大事。大將出征，君主的命令可以不接受，隨機應變，豈可預先謀劃？現揣摩敵情，不可輕舉妄動，請諸君另外籌劃計謀。」這時諸將都想出戰，劉尋默然不語。另一天，劉尋又召集眾將排坐在軍門，每人準備一罐黃河水，命他們喝下，眾人不理解他的意思，有的喝了，有的不喝。劉尋說「：一罐水尚且如此為難，滔滔黃河，哪能喝得完？」眾將都為之失色。不幾天，劉尋率領一萬多人逼近鎮州、定州敵營，當時劉尋軍隊突然撲來，敵人上下奔突混亂，被殺死俘獲很多。不久，晉人援軍相繼來到，劉尋才領兵撤退。
貞明二年(916)三月，劉尋從莘縣帶領部隊襲擊魏州，與晉王在故元城交戰，戰敗，劉尋脫身南奔，從黎陽渡過黃河到達滑州。旋即被授為滑州節度使，詔令駐守黎陽。三年二月，晉王調集全部兵力進攻黎陽，劉尋擊退了晉軍。到劉尋回京後，再次被授為開封尹，遙任鎮南軍節度使。那年，河朔失守，朝廷歸咎於劉尋，劉尋也自感不安，上表辭職。九月，免去平章事，被授為亳州團練使。恰逢淮南吳國軍隊寇犯蔡、穎、亳三郡，劉尋奉命渡過淮水，到達霍丘，殲滅了大量賊黨。五年，兗州節度使張萬進反叛，向北連結晉人作為支援，末帝派劉尋攻打他，任劉尋為兗州安撫制置使。這年冬天，張萬進危急，小將邢師遇暗中接應朝廷軍隊，劉尋於是佔領了兗州城，割下張萬進首級獻給朝廷。十一月，詔令授劉尋為泰寧軍節度使、檢校太尉、同平章事。
貞明六年(920)六月，授劉尋河東道招討使，與華州尹皓一起攻取同州。在此之前，河中朱友謙襲擊佔領了同州，以他兒子朱令德為同州留後，上表朝廷請求旄節斧鉞，末帝大怒。這時便命令劉尋征討他。同年九月，晉軍將領李嗣昭領軍前來救援，在同州城下交戰，朝廷軍隊作戰不利，兵敗逃往黃河以南，橋樑坍塌，淹死許多人，劉尋率殘餘部眾退守華州羅文寨。在這以前，劉尋與河中朱友謙是姻親，到朝廷軍西討同州，到達陝州時，劉尋派遣使者帶著檄文送與朱友謙，以禍福大計曉諭他，誘使他回歸朝廷，朱友謙不聽從，因此而停留了一個月。尹皓、段凝一幫人平素妒忌劉尋，於是羅織他的罪名，說劉尋拖延時機養寇成患，讓朱友謙等來援兵，末帝也認為是這樣。到劉尋兵敗後，詔令劉尋回到洛陽，河南尹張宗..接受朝廷密旨，迫使劉尋飲毒藥而亡。這時年六十四歲，詔令追贈為中書令。