谭嗣同早年在京城时结交了义侠王五，向他学习剑术和拳击，后来“于文事之暇，喜欢技击，会舞剑，会骑马”，即是由此奠定基础。虽然正统的封建士大夫不屑于结交王五，谭嗣同却与他关系相当密切。王五那种英勇慷慨、桀骜不驯，以及愤世疾俗的反抗精神，也影响了谭嗣同后来的人生。
光绪三年（1877年），其父被补授甘肃巩秦阶道。此后谭嗣同曾长期居住于其父兰州任所，继续求学读书。他还常与父亲的役属在西北原野纵横驰骋，穿山越岭，踏沙涉水。晚间则架起帐篷，点起篝火，饮酒高歌。这种豪放不羁的生活与坚毅勇敢的精神，促使其喜好“为驰骋不羁之文”，好“讲霸王经世之略”。
谭嗣同作为一个封建达官之子，其父迫切期望他通过科举考试步入仕途。而就个人而言，也只有走科举之路，才能施展自己的“经世之略”。因此，他从光绪十年起至二十年（1884年至1894年）的10年间，曾往来于南北各地，多次参加科举考试，不料，却屡试不中。但由此他遍观了南北各地社会风土，广览“形势胜迹”，又目睹到哀鸿遍野，灾民颠沛流离之状，大大加深了他对社会的了解和对苦难群众的同情，不禁产生了“风景不殊，山河顿异；城廓犹是，人民复非”的感慨，立志做一些有利于振兴祖国的事业，于是自号“壮飞”。
光绪二十年（1894年），中国在甲午战争中惨败，清朝统治者于次年和日本签订了丧权辱国割地赔款的《马关条约》。消息传来，举国震惊，在京参加会试的康有为联合各省举人，发动了有名的“公车上书”，揭开了维新变法运动的序幕。深重的民族危机使谭嗣同大受刺激，他悲愤高歌：“世间无物抵春愁，合向苍冥一哭休。四万万人齐下泪，天涯何处是神州。”爱国主义激情使他的思想发生了急剧变化，他给密友唐才常写信说：“三十之年适在甲午，地球全势忽变，嗣同学术更大变。”他后悔自己把“三十年前之精力，弊于所谓考据辞章，垂垂尽矣，勉于世，无一当焉”，从此，他痛感到再不能抱残守缺，决心努力学习西方近代的自然科学知识和社会政治学说，走维新变法的道路。此间，他写了一系列阐发
其维新变法观点和主张的论文，作过许多鼓吹变法的讲演，从“开风气”、“育人材”出发，联合有识之士，筹办和创立算学格致馆、时务学堂、《湘学报》等。
正当谭嗣同在湖北、湖南等地积极从事维新活动之际，他的父亲却为他取得了候补知府的官衔，并一再催促他到南京候补。为此，光绪二十二年（1896年）二月他离开武昌，北游访学。他先到达上海，访见英国传教士傅兰雅，看到了万年化石、爱克斯光照相，还购买了一批西书，对自然科学产生了很大的兴趣。再到天津，参观了那里的机厂、船坞、轮船、铁桥、火车、炮台、电线，还参观了漠河的金矿和唐山的煤矿，认为“无一不规模宏远，至精至当”,反映了他十分向往资本主义的大机器生产。他还在天津加入了当地的民间秘密结社组织——在理教。然后，又到北京，谒见了帝党要员翁同龢。
七月，谭嗣同到南京候补，在官场往来答拜中，他耳闻目睹了官场的腐败与黑暗。此间，他与精通佛学的杨文会经常往来，潜心研究佛学。同时，又到上海与梁启超、吴雁舟、汪康年等相交往。梁把其师康有为的思想介绍给他，谭嗣同听后对康充满钦佩之情；梁启超也向康有为称赞谭嗣同“才识明达，魄力绝伦，所见未有其比……公子之中，此为最矣”。结识梁启超，使谭嗣同在官场的“空寂”中找到知音。在这段时间，他多次在南京与上海间往返，一方面从事维新活动；另一方面与梁启超探讨变法理论，并着手撰写其代表性着作《仁学》。光绪二十三年（1897年）,《仁学》一书着成。《仁学》反映了他在由旧学转变为新学过程中新旧思想之芜杂和矛盾的交织。首先，在哲学世界观上，他继承了中国古代唯物主义思想传统的一面。其次，在认识论方面，他承认认识的来源是客观实体，人们认识的出发点是感官接触；但他又怀疑一般感性认识不可靠，因而夸大感性认识的相对性，于是由相对主义的怀疑论走向了神秘主义的“顿悟”论。第三，在谭嗣同自相矛盾的思想体系中，既包含“日新”说的辩证法思想，又含有形而上学循环论的成分。此外，谭嗣同还论证了社会法制是随着时代的变化而不断发展变化的，他明确指出“汉唐无今日之道，今日无他年之道”，为维新变法运动提供了理论根据。谭嗣同《仁学》中的思想矛盾，既反映了他为寻求救国救民的真理而表现出来的勇敢创新精神，又反映了他作为当时先进知识分子在思想上具有一定的局限性。
当维新变法运动日益发展起来后，维新事业的积极倡导者黄遵宪、江标、徐仁铸等先后到湖南任职，湖南巡抚陈宝箴也是最热心支持变法的开明大吏。当地的维新之士唐才常、易鼐、毕永年、樊锥等，也迫切希望谭嗣同回湖南与他们共谋维新事业。因此，谭嗣同于光绪二十四年（1898年）正月毅然弃官，回到湖南，全身心地投入湖南的维新活动。他参与建铁路、兴矿务、创学会、办报纸，使湖南的维新活动大有进展。此时，谭嗣同尤为致力于时务学堂、《湘报》、南学会。他先后为《湘报》撰写《湘报后叙》等近20篇文章，竭力为革新变法、提倡民权制造舆论，使《湘报》成为维新事业的喉舌。南学会成立后，谭嗣同亲任主讲人，他每次到会“必讲爱国之理，求救亡之法”，畅谈当时中国的危急情势，激发听讲者的爱国主义热情。毕永年听后也深有感受地说：“闻复生先生讲义，声情激越，洵足兴顽起懦。”谭嗣同期望通过南学会等阵地，“群湖南者智湖南，又以智湖南者智中国。”尔后，湖南各地的学会如雨后春笋般建立起来。由于谭嗣同等人的努力，湖南的新学、新政大为推广，风气大变，对南方各省产生了很大影响。曾有人评论说：“全省风气大开，君（指谭嗣同）之功居多。”
湖南因“大行改革，全省移风”，引起当地的顽固士绅、守旧分子的仇恨。叶德辉、王先谦等气焰嚣张，他们多次遣人至京参劾维新派，并直接攻击维新党人“首倡邪说”,“背叛圣教”，甚至施展各种阴谋手段，“散南学会，殴打《湘报》主笔，谋毁时务学堂”，还扬言要谋杀谭嗣同。张之洞也对《湘报》《湘学报》横加指责：“《湘学报》中可议处已时有之，至近日新出《湘报》其偏尤甚”“此等文字，远近煽播，必至匪人邪士，倡为乱阶”。
面对顽固士绅、达官显贵的威胁和破坏，谭嗣同依旧义无反顾，坚强不屈。在反动势力的迫害和打击下，时务学堂的教习，有的被解聘，有的因畏惧而动摇离去，同时内部也产生了分歧。在此形势下，谭嗣同毅然表示：“平日互相劝勉者全在‘杀身灭族’四字，岂临小小利害而变其初心乎!”
光绪二十四年（1898年）四月二十三日，光绪帝“诏定国是”，明令实行变法维新。在侍读学士徐致靖的保荐下，谭嗣同被擢为四品军机章京，赴京与林旭、杨锐、刘光第等参与维新，当时被称为“军机四卿”。他应诏来到京师后，天真地认为，朝廷毅然决定变法自强，国事将大有可为，决心“益加奋勉，不欲自暇自逸”，全身心致力于变法维新。然而，随着维新改革的推进，新旧势力的矛盾和斗争愈演愈烈。在山雨欲来风满楼的形势下，手无实权的光绪帝几乎连自己的皇位都保不住，密诏谭嗣同等设法营救。在一筹莫展的紧急关头，谭嗣同对袁世凯作了错误估计，深夜贸然私访，请其出兵诛杀荣禄，营救光绪帝。
阴险奸诈的袁世凯当面表示“忠诚”于光绪帝，随后却立即向荣禄告密。二十一日凌晨，一场宫廷政变终于爆发，光绪帝被废禁瀛台，继而大肆搜捕维新派，康有为、梁启超逃往日本。在这千钧一发之际，谭嗣同的密友义侠王五愿做保镖，护送其出京。日本公使馆也愿设法保护他。面对生与死的抉择，谭嗣同拒绝了劝告，大义凛然地表示：“大丈夫不做事则已，做事则磊磊落落，一死亦何足惜!”并说：“各国变法，无不从流血而成，今日中国未闻有因变法而流血者，此国之所以不昌也。有之，请自嗣同始。”不久，他即被捕入狱。
他在狱中还题诗于壁：“望门投止思张俭，忍死须臾待杜根。我自横刀向天笑，去留肝胆两昆仑。”在刑场上，他视死如归，不顾监斩官的拦阻，临终前高喊：“有心杀贼，无力回天，死得其所，快哉!快哉!”谭嗣同死时，年仅34岁。
谭嗣同着有《寥天一阁文》《兴算学议》《莽苍苍斋诗》《远遗堂集外文》《壮飞楼治事十篇》《石菊影庐笔识》《仁学》《秋雨年华之馆丛脞书》等着作，以及大量书信与论文。今人辑有《谭嗣同全集》。
百日维新
光绪的变法措施
徐致靖在“诏定国是”两天后，上书保举能够实行新政而又发奋图强的人才。于是康有为、黄遵宪、谭嗣同、张元济、梁启超五人被徐致靖推荐。因此，维新派谋划建立权力机构也就从这封奏折开始了。
光绪帝于四月二十八日召见了康有为，他们主要围绕选用维新人才、建立变法权力机构的问题而谈论。康有为说：“现在的大臣都是因循守旧，不懂国际形势，皇上如果依靠他们变法，就好像缘木求鱼，不会成功的。”接着他又说老臣们：“累奉旨办学堂、办商务，彼等少年所学知识都是无用的，实在不知如何去办。皇上要变法，只有选用年轻的小臣，广招天下人才，考察其贤能，进行选拔，不计官职，可以破格录用。”
光绪帝当天也召见了张元济，谈话中他们谈到了办学堂、修铁路、办外交等方面的问题。
光绪帝召见之后，想重用康有为，由于荣禄、刚毅等人反对，只是授予康有为总理衙门章京上行走的职位，并授予他专折奏事的特殊待遇。
从此以后，康有为借专折奏事之权，经常上奏折与皇上，主要包括以下几方面内容：
除旧方面。经济：废除漕运。裁撤厘金。政治：废除缠足封建陋习。减裁冗官。军事：
停弓刀石武试。裁绿营，放旗兵。文教：废八股试帖楷法取士。改书院，废淫祠。
布新方面。经济：劝励工艺，奖募创新。立商政以开利源，而杜漏卮。开农学堂、地质局，以兴农殖民，而富国本。改以漕款建筑铁路。统计全局，大筹巨款，行新政，筑全国铁路。政治：拟定宪法，开制度局。尊孔圣为国教，以孔子纪年。御门誓众，力图维新。
立宪法，开国会，禁止妇女缠足。建设新京。议开懋勤殿以议制度。军事：广设武备学堂，仿德、日制度。改营勇为巡警，仿德、日兵制练兵。文教：改试策论，俟学校尽开，废除科举；译日本书，派人留学；开学校，广设小学，县设中学，省设专门高等学大学。改《时务报》为官报；请定中国报律。
于是，光绪帝自四月二十三日“诏定国是”起，到八月初六政变止，下了很多新政上谕，接连发出数十道改革命令。按时间顺序内容如下：
除旧方面。政治：命各部院衙门删去旧例，另定简明则例；严禁地方胥吏扰民；谕饬詹事府等已裁衙门一切事宜，归并六部。军事：命各省切实裁兵练军，力行保甲，整顿厘金。文教：命嗣后一切考试，各着作勿用五言八韵诗；公布科举章程，命此后一切考试，均以讲求实学、实政为主，不得凭楷法取士。
布新方面。经济：命各省整顿商务，在各省会筹办商务局，饬盛宣怀赶办芦汉铁路，并命承办各员迅速开办粤汉、沪宁各路；命地方官振兴农业，兼采中西各法；颁布《振兴工艺给奖章程》十二款；命刘坤一、张之洞试办商务局，先就沿海沿江如上海、汉口一带设厂兴工，并将如何设立商务，商会各端，迅速奏闻；命各省督抚认真劝导绅民，发展农政工艺并优奖创制新法者；谕命于京师专设矿务铁路总局；命沿江、沿海、沿边各地商贾辐辏之处，广开口岸，以图商务流通；京师设立农工商总局，命各省劝办农业；命端方认真筹办农工商总局；命于京师及各通商口岸，广设邮政分局；诏编预算，命户部将每年出入款分门列表，按月刊报。政治：命各省督抚酌保通达时务之使才；命遇有士民上书言事，都察院毋庸拆阅，亦不得稽压；命于铁路矿务总局，农工商总局酌插各衙门裁缺人员；重谕各官民一律得应诏言事；诏许旗人经营商业。军事：命各省陆军改练洋操，限各省于6个月内将并所练队伍分扎处所妥议覆奏；通谕各处八旗、汉军、炮军、藤牌营等，改习洋操，新法练军；命各省力筹拨款，以添设海军；筹造兵轮。文教：命总署议奏南北设立矿学学堂。诏自下科为始，乡会试及生童岁科各试，一律改试策论；将上海译书局改为官督商办；创设京师大学堂，官书局及译书局均并入大学堂。命各省学堂广译外洋农务书籍；谕改各地书院为兼学中学、西学之学校；民间祠庙之不在祠典者，由地方官晓谕，改为学堂。命各省兴办中、小学堂；命筹议铁路矿务等专门学堂；命各省挑选学生赴日本留学；命各省迅办学堂；命各驻外使节劝导华侨创办学堂，兼译中西文章；批准设立编译学堂于上海；批准在京师筹设报馆。
顽固派阻挠变法
光绪变法维新时，慈禧虽在颐和园“休养”，但光绪的一举一动都在她的掌握之中，甚至在光绪变法的初期，就有所察觉。康有为曾对此有专文说明。
康有为曾明确记载，当时慈禧在听到光绪的变法请求后，本打算明目张胆地出来干涉，但这样做于理不通。更何况说，光绪是说他要挽救国家和民族危亡，这有什么不对的？于是，慈禧回答光绪的是：“凡所施行之新政，但不违祖宗大法，无损满洲权势，即不阻止。”
慈禧最关心的是人事关系，而不是光绪设学堂、办团练、设农工商总局之类。她很担心光绪将夺走她手中的权力，为此，对光绪变法，她做了多方面的防范工作，加强了对光绪的控制。而且对维新人士的防范也进一步加强了。当她得知光绪破例召见工部主事康有为，并想重用维新人士时，于是，她下定决心进行阻挠，将开刀的第一对象对准了翁同龢，因为他支持变法，曾引荐康有为，并对变法有贡献。
翁同龢是光绪的老师，光绪亲政后，对他百般重用和信任。他对光绪帝很有帮助，光绪帝也非常需要他，但就在这时，慈禧决定除掉他。四月二十七日，在颐和园，慈禧等光绪请安后，与往日一样同他闲问起来。
“有二事，请皇帝考虑：一是今后我对众臣赏赐及补授文武一品、满汉侍郎，必须前来谢恩。二是重用荣禄……”慈禧说完见光绪没有反驳，也就令其回宫中去了。第二天，光绪遵慈禧的懿旨明发上谕，以慈禧捏造出来的理由将翁同龢革职，其理由是：“协办大学士、户部尚书翁同龢，近来办事多未经协商，以致议论迭起，屡经有人参奏。且每于召对时，谘询事件，任意可否，喜怒见于词色，渐露揽权狂悖情状，断难胜枢机之任。”翁同龢在上谕明发之后，被迫离京还乡了。在翁同龢将要离开北京的时候，光绪帝答应慈禧文武百官受赏及补授大员到她面前谢恩要求的一道上谕又明发天下。