劉金軒出生于1908年，湖南省祁陽縣人。1926年，國民黨誓師北伐，全國革命形勢高漲，在這種背景下，北伐軍進(jìn)入湖南，并開始在湖南招兵。此后劉金軒報名參軍，因作戰(zhàn)英勇，他很快就被提拔為班長。

在這之后，劉金軒進(jìn)入了國民黨第九路軍，成為一名副連長。1929年，他又被調(diào)到第九路軍第18師，繼續(xù)擔(dān)任副連長。18師的師長是張輝瓚，在第一次反“圍剿”期間，張輝瓚前往中央蘇區(qū)進(jìn)攻紅軍。不過，18師很快就被紅軍包圍，并且全軍覆沒，劉金軒也被紅軍俘虜。

被俘虜后，劉金軒自愿加入了紅軍，成為一名紅軍戰(zhàn)士，并在1933年加入了我黨。此后劉金軒參加了中央根據(jù)地的第二到第五次反“圍剿”作戰(zhàn)，他也在戰(zhàn)斗中得到歷練，并成為紅三軍團(tuán)的一名營長。

1934年10月，第五次反“圍剿”失敗后，劉金軒參加了長征，并于1935年秋天到達(dá)陜北。到達(dá)陜北后，劉金軒留守陜甘蘇區(qū)，負(fù)責(zé)保衛(wèi)陜甘蘇區(qū)的安全。1936年10月，紅軍三大主力會師之后，劉金軒被調(diào)到了紅四方面軍，此后他參加了援西軍，奉命接應(yīng)了西路軍余部。

抗日戰(zhàn)爭全面爆發(fā)后，劉金軒所在的部隊被改編為八路軍，此后他擔(dān)任了八路軍129師教導(dǎo)團(tuán)訓(xùn)練科科長以及129師385旅769團(tuán)參謀長等職務(wù)，參加了晉冀魯豫根據(jù)地的反“掃蕩”作戰(zhàn)，打擊了日本侵略者的囂張氣焰。

1941年，劉金軒調(diào)任太行軍區(qū)第六軍分區(qū)副司令員，此后他率部參加了百團(tuán)大戰(zhàn)、榆遼戰(zhàn)役、南關(guān)戰(zhàn)斗等，多次粉碎日偽軍對根據(jù)地的圍攻，為晉東南抗日根據(jù)地的鞏固與建設(shè)作出了重大的貢獻(xiàn)。

解放戰(zhàn)爭時期，劉金軒擔(dān)任了晉冀魯豫軍區(qū)第四縱隊12旅旅長，率領(lǐng)12旅孤軍西進(jìn)，出擊陜南，經(jīng)過一年多的艱苦戰(zhàn)斗之后，劉金軒攻克了洛寧、蘆氏、均縣等地，開辟了陜南根據(jù)地。同時，在開辟陜南根據(jù)地的過程中，他積極開展減租減息與反霸斗爭，創(chuàng)辦了陜南軍政學(xué)校，加強(qiáng)了根據(jù)地的建設(shè)，提高了我軍的戰(zhàn)斗力與影響力。

1948年，劉金軒率部參加了襄樊戰(zhàn)役，襄樊戰(zhàn)役之后他又參加了淮海戰(zhàn)役，尤其是在淮海戰(zhàn)役第二階段，劉金軒的部隊為全殲黃維兵團(tuán)提供了可靠的火力支援。淮海戰(zhàn)役結(jié)束后，劉金軒率部重返陜南根據(jù)地，1949年，他擔(dān)任了十九軍第一任軍長，此后他又率部參加了解放陜西的多場重要戰(zhàn)斗，為革命的最終勝利立下汗馬功勞。

新中國成立之后，劉金軒參加了解放西南的西南戰(zhàn)役，并在解放西南過程中完成了上級下達(dá)的作戰(zhàn)任務(wù)，殲滅俘虜國民黨部隊近2萬人。1950年，劉金軒改任陜西軍區(qū)司令員，陜西軍區(qū)改為陜西省軍區(qū)后，劉金軒被調(diào)到西北軍區(qū)工作，此后他進(jìn)入南京軍事學(xué)院高級速成系學(xué)習(xí)，畢業(yè)后擔(dān)任了64軍軍長以及鐵道兵副司令員等職務(wù)。

1955年授銜時，劉金軒被授予中將軍銜，成為開國中將。在1966年開始的那段特殊歷史時期中，劉金軒也受到了沖擊，身心受到了極大的迫害，不過，他立場堅定，愛憎分明，與造反派進(jìn)行了堅決的斗爭。1975年，劉金軒重新復(fù)出工作，擔(dān)任了鐵道兵顧問。1982年，劉金軒離職休養(yǎng)，晚年他主要生活在北京，于1984年因病去世，享年76歲。