桓玄字敬道，一名灵宝，是东晋桓温少子。他性类桓温，因得桓温喜爱。桓温临终，命他继嗣，袭爵南郡公，时年5岁。桓玄守丧3年，7岁时守丧期满，此时谢安当政，桓温原属下文武佐吏在这样的政治情况下都来向桓玄叔父桓冲告别。桓冲见到站在身边的桓玄，一时感慨，抚摸着桓玄的头对他说：“他们都是你家的故吏啊！”桓玄闻言痛哭，声动左右，众人无不惊异。
数年后，桓玄长大成人，仪表堂堂，博学多才。因桓温之乱，当时朝廷有所顾忌，朝臣也纷纷议论桓温不臣之迹，桓玄兄弟因此遭到排挤，而不加重用。桓玄直到23岁，才被拜为太子洗马。在东晋朝廷上做些无权的闲官而已。一次，桓玄去拜见琅邪王司马道子。当时终日饮宴的司马道子又在高饮，厅中宾客满座。司马道子此时已有醉意，见桓玄，突然大声问众人：“桓温晚年反叛，是也不是？”桓玄一听，顿时汗流浃背，拜伏于地，不敢起身。多亏此时的琅邪王骠骑长史谢重出面解围，回答说：“已故宣武公废昏立明，功过伊尹、霍光，今人议论种种，应有所识别。”司马道子听后，点头称是，桓玄这才得以解脱。
不久，桓玄出补义兴太守。一天，桓玄登高眺望震泽，愤懑叹息说：“父为九州伯，儿为五湖长！”此后，闲居江陵，优游无事。荆州是桓氏发迹之地，桓氏兄弟子侄先后任荆州刺史数十年，故吏宾客遍布荆楚各地，根深叶茂，人多势众。其时的荆州刺史殷仲堪是一个玄学名士，资望不深，对桓玄也甚敬畏。一天，桓玄骑马到刺史厅前，手持马鞭在殷仲堪面前挥舞不停，摆出一副要刺杀的架势。桓玄此举，无疑是想驱逐殷仲堪。殷仲堪的中兵参军刘迈见状，出言讥刺说：“君的马技有余，而义理则不足。”桓玄不乐，转身而回。殷仲堪知桓玄性格，等桓玄离去，怕桓玄刺杀刘迈，让刘迈赶快回建康躲避。果然，桓玄派人来追杀，刘迈因殷仲堪才勉强逃脱。
公元396年九月，晋孝武帝被张贵人杀死，太子司马德宗即位。司马道子专擅朝政，一天到晚喝得昏头昏脑，不问政事，用王国宝与从弟王绪专权。一时间太原王氏威震内外，欲削弱藩镇兵权，加强朝廷实力，消息传出，内外**。王恭与殷仲堪、桓玄以诛王国宝为名共同起兵。司马道子杀王国宝、王绪以释众怒，王恭遂罢兵。事后，桓玄趁机提出要做广州刺史。司马道子在这种情况下就任命他为假节、建威将军、平越中郎将、督交广二州诸军事，兼广州刺史。桓玄受命，却不赴任，仍留居江陵，以待时机。
第二年，兵锋再起。王恭联合豫州刺史庾楷，以讨伐江州刺史王愉及谯王司马尚之兄弟为名，再次起兵京口。桓玄、殷仲堪一齐响应，共推王恭为盟主。殷仲堪拨出五千军马给桓玄，命南郡相杨佺期与桓玄同为先锋，自己率兵两万殿后，挥兵沿江东下，直达湓口，将王愉擒拿。随后桓、杨乘胜直驱建康，大败台军于白石，又与杨佺期进军横江。此时，司马道子的儿子司马元显收买了王恭的北府兵名将刘牢之。刘牢之倒戈，王恭、庾楷兵败，王恭被杀，庾楷投奔了桓玄。其后，司马道子采纳桓冲之子桓修的建议，任命桓玄为江州刺史，杨佺期为雍州刺史，桓修为荆州刺史，而贬黜了殷仲堪，改为广州刺史。殷仲堪一听诏命大为恼怒，立即催促桓玄、杨佺期进兵。桓玄、杨佺期得到好处，不愿出兵。殷仲堪一气之下回军荆州，欲回江陵屠杀桓玄以及其他部将的家人。桓玄等大惧，迅速撤退，至寻阳赶上了殷仲堪。由于利害关系，桓玄、杨佺期、殷仲堪三人在寻阳重新结盟，推桓玄为盟主，共同约定，不接受朝廷诏命。而后，三人又联名上书为王恭申冤，要求处死司马尚之、刘牢之等人。司马道子无奈，这才恢复了殷仲堪的荆州刺史。桓玄则在这次起兵中取得了江州。
这样桓玄想要进一步扩张自己的势力，就必须兼并殷、杨。殷仲堪也同样担心桓玄，遂与杨佺期结为姻亲。殷、杨二人联合后，桓玄害怕被消灭，则立即上书朝廷，要求扩大都督区，壮大实力。司马道子、司马元显父子也想借机挑拨三人间的矛盾，以期坐收渔翁之利，遂下令分杨佺期所督长沙、衡阳、湘东、零陵四郡归桓玄管辖，又以玄兄桓伟取代杨佺期之兄杨广为南蛮校尉。杨佺期接到诏书，即刻调集人马，声称援救洛阳，暗中却想联合殷仲堪共击桓玄。而殷仲堪却另有心思，他畏惧杨佺期兄弟骁勇，难以对付，担心桓玄一旦被灭，杨氏兄弟反加害自己，故极力予以阻止。杨佺期孤掌难鸣，只好偃旗息鼓。
隆安三年（399年），荆州发大水，殷仲堪为赈恤饥民，仓库空竭。
桓玄趁机出兵西上，欲火并殷、杨。首先袭取了囤积粮草的巴陵，继而进兵杨口，败殷仲堪之侄殷道护，随后占领距江陵二十里的零口。殷仲堪急召杨佺期相救，但终因粮草奇缺而惨败，双双为桓玄所杀。就这样，桓玄完成了控制扬州上游的全部过程。此时，浙东一带的农民起义正风起云涌，朝廷忙于派兵镇压，无暇西顾。加之桓氏子弟布列朝野，势力强大。
于是桓玄随即上表朝廷，求领荆、江二州刺史，朝廷无奈只得同意。此后，桓玄独霸荆楚，广树心腹，自以为东晋天下三分有其二，于是踌躇满志，使人替自己上祯祥、献符瑞，有问鼎之心。
公元401年，桓玄派人切断长江航运，致使建康漕运不佳，公私匮乏，官军士兵不得不以谷皮、橡子充饥，给司马元显造成严重困难。公元402年，司马元显以镇北将军刘牢之为前锋都督，以前将军谯王司马尚之为后部，称诏举兵伐玄。官军尚未出发，在朝中为太傅长史的桓玄堂兄桓石生，及时将消息通知给了桓玄。桓玄得知司马元显兴师问罪，原打算固守江陵。长史卞范之献计说：“公威名远扬，谋略震动天下，如果兵临京畿，恩威并施，则司马元显土崩瓦解之势可翘首以待，怎么能引敌入境而自削己势呢？”桓玄听后，留下桓伟守江陵，上表朝廷，率师沿江东下。
司马元显听说后，竟吓得不敢用兵。而桓玄兴兵本不甚得人心，自觉以下犯上，唯恐将士不为所用。及至兵过寻阳，不见司马军之踪影，不禁大喜过望，沿路如入无人之境。兵抵姑孰，先败谯王司马尚之，随后襄城太守司马休之弃城而逃，兵屯冽州的刘牢之敛手归降。于是，桓玄挥兵直驱建康城外的新亭，司马元显不战自溃，弃船逃回京城，终为桓玄所擒。
桓玄攻入建康后，杀了司马元显，谯王司马尚之，尚之之弟恢之、允之及庾楷父子等人，下令流放司马道子到安成郡，司马道子未发，即被毒杀。而刘牢之的兵权也被解除。排除异己后，桓玄开始布置亲信力量。任命桓伟为安西将军、荆州刺史，领南蛮校尉；堂兄桓谦为左仆射，加中军将军，典掌选举；桓修为右将军、徐兖二州刺史；桓石生为前将军、江州刺史；心腹卞范之为丹阳尹，王谧为中书令、领军将军。同时改年号为大亨，自己辞去丞相之职，自署太尉，领平西将军、豫州刺史，并给自己加以剑履上殿，入朝不趋、赞奏不名的殊礼。此时，桓玄想要篡位还要一个准备过程。于是他暂时出镇建康的西南门户姑孰，朝中大事都要向他请示报告，小事则由桓谦、卞范之处理。
桓玄当权之初，为收拢人心，还能有所作为，政治颇有起色。他黜凡庸之辈，远奸佞之臣，选用贤才，时局有所好转。可好景不长，不久他就露出了原形。奢豪之态复萌，政令无常，朋党互起。不久，一连串的打击接踵而至。桓玄兄荆州刺史桓伟最受桓玄信赖，被视为左膀右臂，此时突然病死。桓伟一死，桓玄顿感孤危。不久，殷仲堪的余党复起。新野人庾仄合众七千，起兵襄阳，南蛮校尉庾彬等人谋为内应，一同赶走了守将冯该。桓玄之侄桓亮便以讨伐庾仄为名，乘乱起兵罗县，自称平南将军、湘州刺史。这两次事件虽很快被平定下去，但却给桓玄以巨大的精神压力。
就在这样的时刻，桓玄于公元403年十一月，派临川王司马宝逼晋安帝写禅让诏书，并夺取玉玺。十二月三日，桓玄即皇帝位于姑孰，改年号为永始。迁晋安帝于寻阳，封为平固王；追尊其父桓温为宣武皇帝，庙号太祖；立其妻刘氏为皇后，大封桓氏兄弟子侄为王，文武加官晋爵，完成了他篡国之举。随后桓玄迁居建康宫，修缮宫室，大兴土木，催促严急，上下疲于奔命，朝野不得安宁。
公元404年二月，建武将军刘裕与何无忌、刘毅等在京口起兵声讨桓玄。三月，刘裕军攻入建康，桓玄挟持晋安帝逃往江陵。五月，刘毅等部跟踪追讨，桓玄自江陵急率舟师两万东下，双方大战于武昌附近的峥嵘州。其时，桓玄所率将士数万，对方不满万人，桓玄心无斗志，竟然在座舰旁边停了几艘快船，以备败逃，如此情形下，全军斗志自然也低落。刘毅乘风纵火，率军奋勇出击，以拼死之师克无力之军，于是大获全胜。桓玄命人烧毁辎重，连夜狼狈逃去。桓玄再度战败后，本想奔汉中，屯骑校尉毛修之诱桓玄入蜀。桓玄行至枚回州，遇益州参军费恬等阻击，益州督护冯迁抽刀将桓玄斩首。同时被杀的还有桓石康、桓修等人，桓升被执，斩于江陵城。桓玄死时36岁。桓玄篡晋，东晋门阀政治拨弄出了颓废的尾声。桓玄从称帝到兵败出逃，共经80天；而从称帝到被杀，也不过是当了不到半年的皇帝。桓玄死后，其堂兄桓谦、桓石绥等人仍坚持抗争达五六年之久，至公元410年才宣告全部失败，桓氏家族也同时彻底覆灭。
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