天平宝字2年（758年）に孝謙天皇から譲位を受け践祚した。同時に孝謙天皇は、太上天皇（孝謙上皇）となった。

しかし践祚後も政治の実権はほとんど仲麻呂が握り、一族は恵美の2字を付け加えられるとともに仲麻呂は押勝を名乗り、専横が目立つようになる。755年に唐で安禄山の乱が発生した際には九州の警備強化にあたるが、仲麻呂が新羅討伐を強行しようとしこれを許可する（ただし後の称徳天皇＝孝謙上皇により実現しなかった）。また官位を唐風の名称に改めたり、鋳銭と出挙の権利や私印を用いる許可も与えた。天平宝字4年（760年）、仲麻呂を皇室外では初の太政大臣に任じた。同年、光明皇太后が崩御するが、仲麻呂は天皇と上皇を盾に平城宮の改築を実施し、翌天平宝字5年（761年）天皇と上皇は小治田宮や保良宮に行幸して保良宮を「北宮」とした。

ところが、保良宮滞在中に病みがちとなった孝謙上皇は看病していた道鏡を寵愛するようになり、仲麻呂の進言により天皇がこれを諫めたところ上皇は烈火のごとく激怒し、天皇は上皇と対立するようになっていく。天平宝字6年6月3日（762年6月28日）、孝謙上皇は再び天皇大権を掌握することを目的に、「今の帝は常の祀りと小事を行え、国家の大事と賞罰は朕が行う」と宣告した。この宣告によって、政治権力が孝謙上皇のもとに移ったとする見解と、御璽を保持しつづけていた淳仁天皇が依然と権能を発揮していたとする見解があり、まだ研究者間でも確定されていない。

佐藤長門は孝謙上皇と淳仁天皇の対立の本質を天武天皇皇統でも傍流（舎人親王系）の天皇を自己の「臣」とみなす上皇（『続日本紀』天平宝字8年10月壬申条）と自己を孝謙天皇の皇太子ではなく「聖武天皇乃皇太子」として即位したとみなす天皇（『続日本紀』天平宝字3年6月庚戌条）の間に発生した皇統及び皇位継承に関する認識の差として捉え、たとえ仲麻呂や道鏡がいなかったとしても2人の対立は避けられなかったと指摘する[3]。木本好信も橘奈良麻呂の変の際に奈良麻呂らが光明皇太后の住む皇太后宮にある天皇の権力の象徴であった御璽と駅鈴を確保しようとしていること（『続日本紀』天平宝字元年7月庚戌条）と後述する恵美押勝の乱において孝謙上皇が淳仁天皇の住む中宮院にあった御璽と駅鈴を確保した件（『続日本紀』天平宝字8年9月乙巳条）に着目して、聖武上皇の崩御後に御璽と駅鈴を光明皇太后が保持し続け、皇太后の崩御後に淳仁天皇に引き渡されたと指摘し、光明皇太后が御璽と駅鈴を孝謙天皇（上皇）に渡さず淳仁天皇に直接渡したことは、皇太后が草壁親王系から舎人親王系への皇統の変更を認めたと評価し、反対に在位中も退位後も御璽と駅鈴を保持することが出来なかった孝謙上皇は草壁嫡流を維持するために最終的には天皇から御璽と駅鈴を「奪う」しかなかったとしている[4]。河内祥輔は『水鏡』に記された他戸親王の年齢が正しいものであるとする立場から、天平宝字5年（761年）の他戸王（当時）の誕生によって孝謙上皇が淳仁天皇を切り捨てて聖武天皇の外孫である他戸を後継者に据えようとした（仮に孝謙上皇が道鏡を皇位に就けようとしたとしても、僧侶である道鏡は子孫が作れないため本命の即位までの中継ぎの域を出ない）としている[5]。
追放

天平宝字8年（764年）9月、上皇が山村王に命じて天皇が居住する中宮院にあった駅鈴と御璽を接収したことを契機に恵美押勝の乱が発生、天皇はこれに加担しなかったものの、仲麻呂の乱が失敗に終り天皇は最大の後見人を失った。乱に加わらなかった理由については、既に上皇側に拘束されていたからだとも、仲麻呂を見限って上皇側との和解を探っていたからだとも言われている（仲麻呂は天皇を連れ出せなかった為、やむなく塩焼王を新天皇に擁立することを企てた）。

乱の翌月、上皇の軍によって中宮院を包囲され、そこで上皇より「仲麻呂と関係が深かったこと」を理由に廃位を宣告され、5日後の天平宝字8年10月14日（764年11月11日）、親王の待遇をもって淡路国に流される。淳仁天皇は廃位、太上天皇は追号されず、上皇は重祚して称徳天皇となった。だが、淡路の先帝のもとに通う官人らも多くおり、また都でも先帝の復帰（重祚）を計る勢力が残っていた。このような政治動向に危機感をもった称徳天皇は、翌天平神護元年（765年）2月に現地の国守である佐伯助らに警戒の強化を命じた。この年の10月、廃帝は逃亡を図るが捕まり、翌日に院中で崩御した。公式には病死によると伝えられているが、実際には暗殺された[6]と推定され、大喪儀が行われたことを示す記録も存在していない[7]。敵対した称徳天皇の意向により長らく天皇の一人と認められず、廃帝または淡路廃帝と呼ばれていたが、『新唐書』日本伝では「大炊」、『宋史』日本伝では「天炊天皇」と記されて歴代に加えられている。これは10世紀に宋に渡った僧・�｢然が伝えた『王年代紀』を参照したものである。
系譜

淳仁天皇の系譜

                 





 8. 第34代　舒明天皇(=20) 
 
        





 4. 第40代　天武天皇 
 
           





 9. 第35代　皇極天皇・
第37代　斉明天皇(=21) 
 
        





 2. 舎人親王 
 
              

 20. 第34代　舒明天皇(=8)
 
     

 10. 第38代　天智天皇 
 
        

 21. 第35代　皇極天皇・
第37代　斉明天皇(=9)
 
     

 5. 新田部皇女 
 
           

 22. 阿倍倉梯麻呂
 
     

 11. 阿倍橘娘 
 
        





 1. 第47代　淳仁天皇 
 
                 













 6. 当麻老 
 
           













 3. 当麻山背 
 
              
































父：舎人親王

母：大夫人（淳仁即位後に追贈）：当麻山背（当麻老の娘）

夫人?：粟田諸姉（? - ?） - 元藤原真従室

母不詳：

安倍内親王 - 伊勢斎宮、のち磯部王（桑田王王子）妃で、子に石見王 （高階峯緒（峯緒王、高階氏祖）父）


従姉：元正天皇

従兄：文武天皇

再従兄：光仁天皇

系図

    

34 舒明天皇 

                             
                           
古人大兄皇子 38 天智天皇
（中大兄皇子） 間人皇女（孝徳天皇后）             40 天武天皇
（大海人皇子）

                                                                    
                                                         
倭姫王
（天智天皇后） 41 持統天皇
(天武天皇后) 43 元明天皇
(草壁皇子妃) 39 弘文天皇
(大友皇子) 志貴皇子     高市皇子 草壁皇子 大津皇子 忍壁皇子     長皇子     舎人親王     新田部親王