島夷桓玄，字敬道，本是譙國龍亢的楚人。是偽晉大司馬桓溫之子，桓溫很喜愛他，臨終時囑令他作為自己的繼承人。桓玄七歲的時候，襲承父爵被封為南郡公。登國五年(390)，任司馬昌明的太子洗馬。桓玄志氣無與倫比，總是要以雄豪來稱許自己。朝臣議論因為桓溫有侵犯帝位的舊跡，所以壓制桓玄兄弟，把他貶謫為義興太守，因此他不得志。不多時就去職。
皇始初年(396)，司馬德宗即位，他的會稽王司馬道子擅權，信任尚書僕射王國寶，為當時人所憎惡。桓玄遊說荊州刺史殷仲堪，要他推舉司馬德宗的兗州刺史王恭為盟主，共同討伐王國寶，殷仲堪聽從他的意見。恰好王恭派遣的使者也來了，兩下在中途相逢，便相約一同舉事，並且進表起兵。不久就平定了王國寶等。天興初年(398)，司馬德宗授任桓玄為使持節、督交、廣二州諸軍事、建威將軍、平越中郎將、廣州刺史。
後來王恭又與司馬德宗的豫州刺史庾楷共同起兵，討伐其江州刺史王愉及司馬尚之兄弟。桓玄和龍驤將軍楊..期、荊州刺史殷仲堪等率軍響應王恭。桓玄等人進軍到了石頭。當時司馬德宗的征虜將軍司馬元顯一軍仍據守在石頭，陳列戰船攔斷淮水口。司馬道子出兵，準備屯守中堂，忽然有馬被驚，軍中騷亂，人馬掉進江中的非常多，過了許久才安定下來。桓玄等人不知道建業城已十分危弱，而且王恭不久兵敗，桓玄甚為惶恐，就回軍到了蔡洲。王恭的司馬劉牢之率北府軍前來駐紮在新亭。於是司馬德宗以桓..為荊州刺史，殷仲堪為廣州刺史，桓玄為江州刺史，楊..期為雍州刺史，刺史郗恢為尚書。殷仲堪回軍返還南邊，就派人宣示桓玄等各軍說：「如果不各自散開退回，大軍到了江陵，大家都會遭到殺戮。」殷仲堪的偏將劉系原先領兵二千人隸屬於楊..期，這時就率領部隊退回，桓玄等人大為驚懼，狼狽而走。庾楷也拋棄部下逃奔到南軍。桓玄就駕輕舟追趕殷仲堪，到尋陽才趕上，大家共推桓玄為盟主，鎮守夏口。司馬德宗加授桓玄都督荊州四郡，任命桓玄的哥哥西昌公桓偉為輔國將軍、南蠻校尉。司馬德宗寵信桓玄兄弟，想要借他們來削減荊、雍各州的勢力。
起先荊州遭遇大水，殷仲堪的倉庫空竭，桓玄就乘他內部空虛而向他進攻，先派兵襲擊巴陵。梁州刺史郭銓正要到他的鎮所，半路遇到桓玄，桓玄就派他為前驅。桓玄在夏口發兵，傳書與殷仲堪說：「現在我正要入沔，討除楊..期，屯兵在長江口。如果你對我沒有二心，就可殺掉楊廣，如若不這樣做，我就要率軍進入長江。」另外又給桓偉寫了書信，要他到期作為內應，桓偉感到惶恐，就把書信拿給殷仲堪看，殷仲堪對他進行一番撫慰，把他送回，到了夜晚就將桓偉扣押起來。殷仲堪派龍驤將軍殷邁、振威將軍劉山民等人領兵七千人到了西江口。桓玄聽說殷邁到來，就同他的親信苻永道一起帶領其帳下部眾進行攻擊，殷邁等人敗走。桓玄屯軍巴陵，收集這裡的兵眾和糧食，又在夏口打敗楊廣。殷仲堪既然失去了巴陵的積蓄，加之各部將都被打敗，江陵恐懼震驚，城內大鬧饑荒，軍民都以胡麻充飢。當初，殷仲堪收到桓玄的書信時，急忙召楊..期來，楊..期回話說：「江陵沒有糧食，用什麼來抵禦敵軍？你可以到我這裡來，共同據守襄陽。」殷仲堪認為自己的軍隊還很完整，沒有理由要棄城逃走，又非常擔心楊..期不肯來，就欺騙他說：「近來收集糧食，已經有了儲存，可以供數萬人吃一百天。」楊..期相信了他，就率領步騎兵八千人來到江陵，到達之後，殷仲堪只有飯給他的軍隊吃。楊..期大怒說：「如今就要失敗了！」他不肯與殷仲堪相見，派人在艦船上用箭射桓玄軍，桓玄部眾也用箭回射，楊..期就退兵回去。桓玄於是率軍渡江到了馬頭，命令各部軍隊一齊進攻，大敗殷仲堪並把他殺死，又殺了楊廣、楊..期、殷道護和殷仲堪的參軍羅企生等人。
司馬德宗任命桓玄為持節、都督荊司雍秦梁益寧江八州及揚豫八郡諸軍事、後將軍、荊江二州刺史。桓玄大論功賞，以長史卞范之兼任南郡相，對他委以心腹重任。竟然截斷長江上游交通，阻絕商旅往來。司馬德宗下詔說道：「小人桓玄，已故大司馬不善的子息，年輕時心性狡惡，年長後不思悔改，與王恭互相勾結謀劃，擁兵侮慢朝廷，多方集合兵馬，意在問鼎，窺視皇位。幸賴祖宗威靈，宰相神略，忠義奮發，罪人得以受誅。桓玄等猖狂失卻主意，回舟作鳥獸散。本應當乘此機會，殲除奸邪之源，但當時朝中議論各異，朝廷謀略遲疑不決，致使朝廷法令受到阻撓，桓玄得到非分的寵信任用。本希望桓玄會洗心革面，對他小的過錯加以懲誡以接受教訓，但他卻野心不改，對朝廷悖慢日益嚴重，竟然割據江、湘，擅威於荊、郢，偽托朝命假借名義，手握生殺予奪之權。又對侍中王謐大放厥詞，妄圖放縱凶險之心，侵犯並攻取京都。無視君主的野心，已見之於他的書信；不甘為臣的行跡，每日每月更加顯露。是可忍，孰不可忍？應當明示九伐之法對他予以制裁，以使中原西部得以安寧。尚書令、後將軍司馬元顯可任征討大都督、督十八州諸軍事、驃騎大將軍、儀同三司。」於是，以劉牢之為前鋒，任征西將軍，暫兼江州刺史；又令司馬尚之進軍沔水。
桓玄聽說司馬元顯將要領兵前來征討，非常驚駭恐懼，想要保住江陵。長史卞范之勸說桓玄領兵東下，桓玄十分猶豫，卞范之苦苦相勸，桓玄才決定留下桓偉據守江陵，自己率軍東下。到了夏口，桓玄就建牙旗傳檄說：「案揚州刺史司馬元顯：其凶暴之性，自幼以來愈加滋長；違犯禮法毀壞教化，輕而易舉早有準備。居喪時無一日有哀痛之惑，把喪服當作夜行的服裝，在應深切憂傷之時卻絃歌飲酒，在報答父恩之日卻窮極色慾，把王國寶的妓妾劫掠一空，這只是他一切惡行的開始，就足以驚駭人們視聽了。
「相王道子有病，元顯毫無恐懼之情，趁機假稱皇帝之命，篡奪揚州刺史的大權，於是就有父子同就官職，比肩連銜奏事。他在把持朝廷大權之後，多有險惡暴虐的行為，惟恐相王得知，就杜絕其一切視聽。惡聲無處不聞，佞譽與日俱至。國家萬機之重，委付給這等孽障，致使國典朝政，日趨紛紜混亂。又以婉辭向皇帝要求任尚書令，致使朝廷隨意授任錄尚書事之職，錄公之位，並不是可以隨意送人的。他苟且自得尊貴之位，就悖離朝廷禮法。又在妖賊侵侮肆虐，兵敗民亡之後，自己身為都督，親任刺史，在應當降伏妖賊之時，反而對其加以崇敬進用。於弱冠之年如此妄為，古今無人與之相比。宰相本應懲處邪惡，他卻擅自為自己解脫，推脫罪責，歸罪於人，自古以來僭越悖逆之人沒有像他這樣嚴重的。
「元顯娶妾超越禮制，幾乎同婚姻的六禮相同，竟然叫尚書僕射為媒人，長史為迎客，受其寵幸的貪殘之徒，前往慶賀如同對皇后一樣，所謂目無君主的野心，隨時隨事都顯露出來。八日觀看佛事，搶掠良家女子，到民家住宿，恣意侮辱人家妻妾。從慶封至今，方才見易室之飲；自晉靈公以來，忽然有肢解之刑。憑個人喜怒輕易殺戮，隨意把人宰割肢解，治政殘暴，一瞬間就問斬。又把四歲的孽子，封為東海王。吳興郡遭妖賊殘暴之後，恃勢專橫又達到這種地步。妖賊之興，實在是由此人引起的。居喪之時極盡美味，是孫泰供給他的膳食；夜間想要出外遊玩，也是孫泰接待他的車馬。孫泰倚仗他的權勢，得以作威作福，雖然最終受到誅戮，百姓已經深受其荼毒。加之他大量征發人丁，許多人被他非法徵集，驅趕遷徙到京師，死亡和叛離後所剩無幾。將年號改為元興，用來作為自己的吉祥之兆，比當年王莽接受祥瑞的符命有過之而無不及。閉塞到了極點必然轉向通達順利，他的禍害充盈天地之間，對君不義對親不暱，勢必崩潰喪亡，自取滅亡，就在於這個時機。三軍將士文武官員，一齊憤發踴躍上路出征。」
桓玄也失去荊楚的人心，而且興師不順名分，他的兵力雖然強大，卻擔心將士不會替他賣命，常常有回兵的想法。軍隊過了尋陽，卻不見東面司馬元顯的人馬，桓玄的主意才堅定。於是就擊鼓行軍向前進發，逕直到達姑熟，又攻克歷陽。劉牢之派兒子劉敬宣到桓玄那裡請求投降，桓玄大喜過望，給劉敬宣設置酒宴以示歡迎。桓玄進至新亭，司馬元顯丟棄戰船，退入國子堂，在宣陽門前列陣以待。司馬元顯想要挾持司馬德宗出戰，但軍隊中自相驚擾，說是桓玄已經到了南桁，只得退兵回到宮中。到了中堂，元顯軍一時間崩潰逃散。司馬元顯逃往東府，只剩張法順一人跟隨他。桓玄於是受任為侍中、都督中外諸軍、丞相、錄尚書事、揚州牧、領徐州刺史，持節、荊江二州刺史，公的爵位仍照舊；賜予黃鉞、羽葆、鼓吹、班劍二十人等儀仗；置左右長史，設從事中郎四人；准帶甲仗二百人入殿。於是將司馬道子逮捕交付廷尉，黜為庶人，遷徙到安城郡；誅殺司馬元顯和他的兒子，以及豫州刺史司馬尚之、吏部郎袁遵、張法順等人。又在豫章消滅了庾楷。把司馬尚之的弟弟丹陽尹司馬恢之、輔國將軍司馬允之，以及王國寶、王緒的幾個兒子都貶徙到交州和廣州。任命劉牢之為會稽內史，打算解除他的兵權。當初，劉敬宣已經投降，隨桓玄進入東府，到這時要求回去。桓玄希望劉牢之受命於自己，就送他回去了。劉敬宣回來以後，劉牢之知道自己將不會倖免於禍，就想要襲擊桓玄，但部下全都逃離四散，只得從班瀆往北逃走，在新洲自縊身亡。他的首級被送到建業。劉敬宣逃到長江之北。
桓玄稟告司馬德宗，實行大赦，把年號改為大亨。桓玄讓出了丞相、荊江徐三州刺史及錄尚書事的職位。朝廷改授他為太尉、都督中外、揚州牧、領平西將軍、豫州刺史等職；賜給深綠色綬帶，加袞冕之服，享受佩劍穿履朝見皇帝的待遇，入朝時不需快步行走，贊拜時不需自報姓名，增加班劍六十人，准帶甲仗二百人隨之入殿。桓玄於是鎮守姑熟。不久就大興土木建造府第，出外遊獵沒有限度，處理政務朝令夕改，驕奢縱慾，聚集朋黨，敗壞朝廷內外法制。一切朝政都要向他徵詢，小事則決斷於左僕射桓謙和丹陽尹卞范之。桓玄加重徵收三吳富室的賦稅，用來賑濟饑民，但還是無濟於事。東部各郡由於連年兵戰遭到掠奪，以致大鬧饑荒，百姓死亡眾多。三吳地區民戶減少了一半，會稽則只剩十分之三四，臨海、永嘉的人口幾乎全都死亡或逃散。原先的富室人家都穿著輕軟的絲綢，佩帶著金玉飾物，關上門戶相守而死。
桓玄自封為豫章郡公，食邑安成七千五百戶；後封為桂陽郡公，食邑二千五百戶；本封南郡公照舊。不久他毒殺了司馬道子。桓玄削奪了司馬德宗享受的供奉待遇，一切都盡量簡單粗陋，使他接近於飢餓受凍的地步。雖沒有弒殺，但君臣的體統已經完全不顧了。桓玄又進位為大將軍，增加前後部羽葆鼓吹等儀仗，奏事時不報姓名。又上奏請求自己統率諸軍，命各邊境地區的蕃兵掃平關、洛，司馬德宗未予准許。桓玄本來沒有資歷和能力，但卻喜歡說大話，既不履行手續，就說是奉詔行事。桓玄沒有別的什麼處置，只是事先就製作打仗行軍時的服裝玩器，並製作裝書畫用的器具。有人勸他說：「今日的出行，必然是有征無戰，輜重之物自然會準備充足一同運走，不必煩勞又另外去製造。」桓玄說：「書畫服玩等物，應當經常帶在身邊，況且眼下兵凶戰危，倘若有意外，也便於運送。」眾人聽了都笑他。
桓玄所親信倚仗的人，惟有桓偉而已，先前想把他徵召回來，作為自己的輔佐。桓偉死了以後，桓玄甚為恐慌不安。起初，桓玄常常因為他父親王業垂成，而自己年富力強，不能振興前輩造就的王業，心裡總是滿懷憤慨。到司馬昌明死後，他就有了志在四方的心懷，攻下建業城以後，就再也沒有居人之下的心思。及至桓偉死去，他憂懼自己一個人力量單薄，越發想要盡快地成就大業。卞范之之流，既擔心事態有變，又希望從中謀得私利，就一起催促桓玄行事，殷仲文等人甚至已經撰寫整理好各種策書命令。司馬德宗又加授桓玄為相國，總領文武百官，封賜他南郡、南平、宜都、天門、零陵、桂陽、營陽、衡陽、義陽、建平十郡為楚王，備九錫之禮，揚州牧、領平西將軍、豫州刺史等職照舊。派司徒王謐授予他相國的印綬，光祿大夫武陵王司馬遵授予他楚王的璽策。司馬德宗先派百官前去迎請，又說要親自前去敦請。十二月，司馬德宗將皇位禪讓給桓玄，桓玄大赦所部，稱年號為永始元年(403)。起初要改年號為建始，左丞王納之說：「建始，是晉代趙王倫的年號。」於是就改為永始，又和王莽始貴之年類同。
桓玄進入建業宮中，突然逆風迅疾猛烈，旌旗、服章、儀飾全部被大風吹倒。這一月天氣酷寒，這一天尤其寒冷。桓玄即位後多行苛政而有時施以小惠。他迎奉桓溫的神主送進太廟。桓玄一向出行遊獵沒有節制，到這時就不再外出。他在殿堂上設置金匾、流蘇和絳紗帳，裝飾得頗像運載棺木的車需車和王莽的仙蓋。太廟之祭和郊祀之祭都只進行兩天而已。還有，桓玄的廟祭不及於祖輩，因為他的曾祖父以上名位不顯著，所以不予排列次序。而且由於王莽曾立九廟，被前人史書所譏諷，他就只立一廟來加以矯正。他還毀壞晉朝的小廟，用來修造台榭。他庶母的祭祀之位，沒有定所。侮慢祖先忘掉親情，當時的人們都知道他不會長久。這一月，桓玄出遊水南，一陣旋風刮走了他車上的儀蓋。他就想製造一輛大車，使它能容納三十人坐，用二百人推拉。桓玄驕逸荒縱，不顧時事，奏案積壓，全不覽閱；有時過問小事，代替史官親手注記，代替令史自撰文書，隨意變動制度，主管的官員應接不暇。從早到晚外出遊獵，文武官員困乏不堪。直侍的官員，都把馬繫在宮禁之內；休假的官吏，都留下來充當建築的差役。朝中之士操勞憔悴，天下百姓財力殆盡，民眾當中盼望動亂的，十戶就有八戶。
司馬德宗的彭城內史劉裕乘機在京口斬殺了徐州刺史桓..，與沛國的劉毅、東海的何無忌等收集部眾渡過長江。桓玄授任桓謙為征討都督，召集侍從官員留住在宮禁之內。桓玄遷回到上宮，文武百官都步行跟從。又大赦揚、豫、徐、兗、青、冀等六州。派頓丘太守吳甫之、右衛將軍皇甫敷在江乘抗拒北邊的劉裕。劉裕斬了吳甫之，進軍到了羅落橋，又斬了皇甫敷的首級。桓玄表面上粗疏威猛，骨子裡怯懦恐懼，及至聽說兩將已死，主意已經窮盡，無計可施，天天和巫術道士作詛咒制勝之法。於是他問眾人道：「我難道失敗了嗎？」黃門侍郎曹靖回答說：「神明發怒民眾忿怨，為臣實在憂慮恐懼。」桓玄說：「民眾忿怨尚可理解，神明為何發怒？」曹靖回答說：「遷走了晉朝的宗廟，使其祖宗飄泊沒有定所；大楚朝的廟祭，又不能及於祖先。這就是神明發怒的原因啊。」桓玄說：「你為何早不對我諫勸？」回答說：「朝中諸位君子都認為大楚是堯舜之世，為臣怎麼敢諫勸。」桓玄派桓謙、何澹之屯兵於東陵口，卞范之屯兵於覆舟山之西，兩下合兵共二萬人。又派武衛庾賾之配備精銳的士卒武器，前往援助桓謙等人。桓謙等大敗，桓玄揚言要親往作戰，帶領子侄出南掖門，向西到達石頭城。先已派殷仲文在渡口準備了船隻，於是就一道乘船往南逃走。一連幾天找不到糧食，左右只得用粗糧做的粥送給他吃，難於吞嚥下去。桓玄之子桓升才只五六歲，抱著桓玄的胸脯撫摸他，桓玄見狀悲不自勝。桓玄挾持司馬德宗從尋陽出發，到達江陵，西中郎將桓石康接納了他們。桓玄在江陵城南搭起帳幕，設置文武百官，以卞范之為尚書僕射，殷仲文為徐州刺史，其餘各官都予以顯要的任用。桓玄對諸侍臣說：「你們都是通過清淨的途徑得以榮升，翼從於我的身邊，京都中那些竊居官位者正應當來軍門謝罪，等到他們看見你們再次進入石頭城，你們就無異於雲霄中的人了。」桓玄因為在失敗逃亡之後，害怕法令不能整肅，就輕易動怒妄殺無辜，越發變得暴虐。殷仲文對他進行諫勸，桓玄大怒道：「漢高祖、魏武帝屢次遭遇失敗，只是因為他們的部將作戰失利而已。由於上天縱容邪惡，所以我回來以舊楚為都，但群小愚昧無知，妄生是非，正應當用威猛予以追究，不應對他們施以恩惠。」荊、江一帶的郡守，由於桓玄流亡到此，都派使者來進表交結，其中有不安定的言辭，桓玄一概不予接受，就命令所在各郡進表慶賀他遷都之喜。桓玄在逃亡路上自己撰寫《起居注》，敘述他抗拒劉裕的事，自稱他的謀略沒有失誤之處，而是諸將違背節制調度，以至於失敗。他沒有時間去謀劃議論軍事，只是述說記錄他的經歷而已。
劉裕派遣他的冠軍將軍劉毅從建鄴發兵，追擊桓玄。桓玄軍屢次打敗仗。桓玄經常在他的大船旁邊裝配輕便小舟以備不時之需，所以他的將士沒有鬥志。桓玄竟丟棄部下而逃，其餘軍隊就依次崩潰逃散，他就與司馬德宗一起逃回到江陵。起初，桓玄把司馬德宗的妻兒留在巴陵，殷仲文與桓玄同在一條船上，就勸說桓玄尋找別的船隻收集散軍，於是把司馬德宗之妻送回到建鄴。桓玄進入江陵城，南平太守馮該勸桓玄再戰。桓玄想要出發到漢中，投奔梁州刺史桓希，夜晚安排停當將要出發，城內已經大亂，他的命令已不能執行，只好帶領其心腹百餘人往城北逃出。走到城門邊，左右就在黑暗中迎面砍殺桓玄，前後相互廝殺，人馬交錯塞滿了道路。桓玄僅僅得以逃到船上。司馬德宗則進入了南郡府第。桓玄已經下船，還想要往漢中逃走。桓玄的屯騎校尉毛..之誘騙他進入蜀地，他就同桓石康等人溯江而上。船到枚回洲，被益州參軍費恬等人迎面射擊，箭如雨下。桓玄一中了流矢，他的兒子桓升就把箭拔出來。益州督護馮遷抽刀登上桓玄的艦船，桓玄叫道：「你是何人，敢殺天子！」馮遷說：「我就是要殺掉天子的逆賊。」於是斬下桓玄以及桓石康等人的首級，把桓升斬於江陵街市，將桓玄首級傳送到建業，懸掛在朱雀門示眾。
桓玄已經失敗，桓謙在沮中藏匿起來。桓振逃到華容水濱，暗中聚集黨徒數千人，在早晨襲擊江陵城，把它佔領了。桓謙也就聚眾而出。桓振到了江陵，打聽桓玄之子桓升之所在，得知桓升已死，就要殺掉司馬德宗，桓謙苦苦相勸才得以住手。於是桓振等人就為桓玄舉哀，給他定謚號為武悼皇帝。桓謙率領群官又立司馬德宗為帝，桓振自任為都督八州、鎮軍將軍、荊州刺史，桓謙恢復原職，又加授江豫二州刺史。後來，司馬德宗的益州刺史毛璩在漢中殺了桓希。桓振入侵江陵，被唐興所殺。他的其餘親信隨從，有的當時被擒獲，有的逃散到外地，幾年之間，全都被消滅。