刘统勋，字尔钝，号延清，祖籍山东诸城(今高密)，康熙三十八年(1698年)出生于陕西羌州。父亲刘棨是康熙朝进士，生刘统勋时担任羌州知州，后调任四川布政使。刘统勋的祖父刘必显也是进士出身，曾任户部广西司员外郎。刘统勋出身于书香门第，自幼得到良好的教育。
初入仕途
刘统勋于康熙五十六年(1717年)中举人，雍正二年(1724年)考取进士，被翰林院选为庶吉士，担任编修。雍正时期，刘统勋历任南书房行走、上书房行走和詹事等职务。
乾隆元年(1736年)，皇帝将刘统勋提拔为内阁学士，跟随大学士嵇曾筠到浙江学习海塘工程和治水之法。乾隆二年(1737年)，刘统勋升任刑部侍郎，留在浙江继续工作，翌年返还京城。乾隆四年(1737年)，刘统勋因母亲病逝而辞官回家守孝。
直言敢谏
乾隆六年(1739年)，刘统勋守孝期满，被朝廷任命为都察院左都御史，负责监察朝廷官员言行。不久后刘统勋向皇帝上疏，参奏大学士张廷玉和尚书讷亲，称：“大学士张廷玉历经三朝重用，名望很盛，但晚年实在应当谦谨些，外面对他的责备已经很多。有舆论说现在缙绅望族里，张、姚两姓占据一半，他们互相通婚，为官举荐时互相包庇。请皇上三年内不要提拔重用张廷玉。”又称：“尚书讷亲管辖吏部和户部，部中议论大事，讷亲说什么别人必须执行，完全没有心存谦诚、集思广益。请皇上给予他批评，让他反省改正错误。”
两个奏章呈上后，乾隆答复道：“朕认为张廷玉和讷亲如果不擅自作威作福，刘统勋必不敢上这样的奏章。大臣责任重大，原本就不能避免别人的指责。听到别人指出缺点应当高兴，这是古人所崇尚的。如果心存不快或嫌怨，那就没有大臣的气度了。”随后乾隆将两人革职，并将刘统勋直言敢谏的奏疏公开给众臣看，刘统勋由此名闻朝野。
治水能臣
乾隆十一年(1746年)，刘统勋出任漕运总督，开启了自己督修河道、治理水患之路。乾隆十三年(1748年)，刘统勋与大学士高斌巡查山东赈灾情况，并勘察河道。当时运河涨水很快，刘统勋上疏请求通过濬聊城引河分流，将运河之水引出大海。并下令将德州哨马营和东平戴村两处堤坝的高度降低，秋天后又将沂州江枫口两处堤坝的高度提升，使得河水有所阻截，防止了溃坝和水灾。不久后刘统勋升任工部尚书兼任翰林院掌院学士，后又调任刑部尚书。
乾隆十八年(1753年)，江南邵伯湖减水二闸和高邮车逻坝决口，刘统勋与尚书策楞前往视察，查出河道官员账目亏空、延误治河，据实上奏。河道总督高斌和协办河务巡抚张师载被撤职，贪污钱款的官吏遭到严惩。同年九月，铜山小店汛河决口，刘统勋又查办出一批贪污渎职的官吏，上疏将不作为的官员李焞和张宾处死，并亲自驻守铜山监督塞河，直到十二月工程告结。
乾隆十九年(1754年)，刘统勋升任太子太傅兼陕甘总督，得到赏赐孔雀花翎。乾隆命他巡视巴里坤和哈密驻兵，负责筹办军营、官兵和马驼粮饷，刘统勋忠于职守。此后遇到睦尔撒纳(回部首领)出兵扰乱新疆伊犁，定西将军永常被迫退师巴里坤。因赞同永常退兵哈密，刘统勋直言上奏请求舍弃巴里坤改为退守哈密，置空城以避敌锋。皇帝看后责备刘统勋附和永常，是置军威于不顾，下令将刘统勋和永常革职押解回京。不久后敌军败，乾隆怒息，认为主要责任在将军永常，刘统勋虽然进谏不当，但比起缄默不言的人忠心可恕，决定从宽免罪，补授刑部尚书。
乾隆二十一年(1756年)六月，铜山县孙家集黄河漫溢，河务总督富勒赫因无能被撤职，刘统勋暂代其职，督促修筑堤坝事宜，至到冬天得以竣工。乾隆二十六年(1761年)秋天，河南祥符和杨桥等处黄河漫溢，水退后需要修筑堤坝，河道官吏却以修坝的干草不够为托辞百般怠工。刘统勋知道当中肯定有问题，微服私访，发现有大小车数百辆满载干草，捆好后却被搁置，旁边则有人哭泣。刘统勋上前询问，回答说官吏索贿不成、拒而不收。于是刘统勋将当事官吏捆起论罪，称要处斩，后因巡抚等人求情才免除一死，结果干草一晚上就全收上来了，一个月后工程完毕。
此后，刘统勋还曾于乾隆二十七年、三十二年和三十四年受命疏通运河水道，治水之功深得乾隆赞赏。
皇帝股肱
乾隆十七年(1752年)，刘统勋进入帝国的核心权力机构，担任军机处行走，从此成为皇帝的左膀右臂。乾隆二十一年(1756年)，乾隆下旨修纂《西域图志》，由刘统勋、傅恒、褚廷璋、何国宗等负责。刘统勋亲率测绘队历经艰难险阻踏遍天山以北地区，远涉巴尔喀什湖以西的吹河、塔拉期河，获取了大量实地测绘资料，乾隆二十六年书成。《西域图志》成为后来新疆地图的蓝本。
乾隆二十三年(1758年)5月，云南巡抚郭一裕怂恿总督恒文购买金铜制作禁物，刘统勋受命前往调查。乾隆二十五年(1760年)2月，西安将军都赉克扣军饷，刘统勋再受皇帝钦命查案，又会审山西归化将军保德侵吞公款案，皆如实向皇帝奏明，深得乾隆的信任。
乾隆二十六年(1761年)，刘统勋任东阁大学士兼礼部、兵部事务。乾隆二十九年(1764年)升任翰林院掌院学士、尚书房总师傅、殿试阅卷大臣。乾隆三十年(1765年)任东阁大学士、国史馆总裁。乾隆三十四年(1769年)，刘统勋七十大寿，乾隆皇帝亲笔御赐“赞元介景”四字匾额。乾隆三十八年(1773年)出任《四库全书》总裁官。
操劳猝逝
乾隆三十八年(1773年)十一月十六日，刘统勋赴紫禁城早朝，行至东华门外时，轿内忽然倾斜，抬轿人拉开轿帘发现刘统勋双目紧闭。乾隆听说后赶忙派御前大臣福隆安携药赶往救治，但刘统勋已经故去。乾隆皇帝亲往吊唁，到刘统勋家门口时发现门楣窄小、家居简朴，为之感动。回宫尚未进乾清门，乾隆就忍不住涕泣，对群臣说：“我失去了一位得力助手”，“刘统勋不愧是真宰相”，还亲自作挽联和怀旧诗，将刘统勋列为五阁臣之一，追授太傅，赐谥号文正。
第二年，刘统勋归葬家乡山东诸城白家庄祖坟，沿途二十里以内文武官员均至柩前吊祭。
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