赵王司马伦字子彝，宣帝的第九个儿子，母亲是柏夫人。曹魏嘉平初年(249)，封为安乐亭侯。五等制建立后，改封为东安子，拜谏议大夫。
武帝即位，封他为琅王牙郡王。因让散骑将刘缉收买工所的人打算盗窃御裘坐罪，廷尉杜友以法断刘缉弃市，司马伦应与刘缉同罪。有司奏司马伦爵位重又是亲属，不能连坐。谏议大夫刘毅反驳说：“王法赏罚，不论贵贱，然后才可以使礼制齐一刑典显明。司马伦明知御裘不同寻常，却不明白地告诉手下，本与刘缉同罪，可以按亲属和地位酌量减罪，而不能置而不问。应该按法律折中，如杜友所说。”武帝认为刘毅说的对，然而司马伦是自己亲叔父，所以下诏赦免了他。等到了封国，任东中郎将、宣威将军。咸宁年间(275～279)，改封为赵王，升为平北将军、都督邺城守事，任安北将军。元康初年(291)，迁为征西将军、开府仪同三司，镇守关中。司马伦用刑和奖赏失中，氐族羌族反叛，征召回京师。不久拜为车骑将军、太子太傅。与贾后及其母郭槐结交很深，谄媚侍奉中宫，贾后很亲信他。要求任尚书令，张华、裴危页坚决不同意。又要求当尚书令，张华、裴危页又不同意。
愍怀太子被废弃后，让他领右军将军。当时左卫司马督司马雅以及常从督许超，都曾侍奉东宫太子，二人为太子无罪被废而感伤，便与殿中中郎士猗等商量废贾后，复太子之位，因张华、裴危页不愿废贾后之志难改，难以与他们图谋，赵王伦执掌重要的兵权，一性一情又贪功冒进，可借他的力量成事，便劝说司马伦一宠一幸的臣子孙秀道：“中宫贾后凶狠嫉妒无道，与贾谧等人一起废了太子。现在国家没有嫡系继嗣，社稷危险了，大臣将会起事。而你名义上侍奉中宫，与贾后郭氏亲善，太子被废，都说你们参与了此事，一旦另起事端，灾祸一定会牵连到你们。为何不事先谋划一下呢？”孙秀同意了，告诉司马伦，司马伦采纳了这个意见。于是告诉通事史令张林以及省事张衡、殿中侍御史殷浑、右卫司马督路始，让他们当内应。事将要发起时，孙秀知道太子聪明，如果回到东宫，会与贤人谋及政事，估计自己必定不得志，便又劝司马伦说：“太子为人刚猛，不能为私事而干求请见。明公您一向侍奉贾后，时议都认为您是贾后的私一党一。现在虽然想为太子建大功，可太子心有宿怨，一定不会对您增加赏赐了。会说为百姓之望所一逼一迫，将功折罪罢了。这是招致灾祸的办法。现在暂且缓慢行一事，贾后必定会加害太子，然后废弃贾后，既为太子报仇，又足以立功，哪只是避免灾祸呢？”司马伦听从了他的意见。孙秀便稍稍泄漏废贾后复太子之位的计策，让贾谧的同一党一大都知道。司马伦、孙秀于是劝贾谧等人及早杀死太子，以杜绝众人之望。
太子遇害之后，司马伦、孙秀的谋划更厉害，而司马雅和许超怕以后致祸，对以前的计谋反悔，便托辞有病。孙秀又告诉右卫亻次飞督闾和，闾和依从了，约定四月三日夜晚三更一刻，以鼓声为号。到了约定的时间，便假诏敕令三部司马道：“中宫与贾谧等人杀了我太子，现在让车骑进入废除贾后。你们都应听从命令，赐爵为关中侯。不听命的，诛灭三族。”于是众人都听从命令。司马伦又假诏开门晚上入宫，把军队陈列在路南，派翊军校尉、齐王司马礒带领三部司马一百人，打开宫门进入。华林县令骆休为内应，迎惠帝驾临东堂。于是废贾后为庶人，把她囚禁在建始殿。拘捕吴太妃、赵粲以及韩寿的妻子贾午等人，交付行刑司考究查实。下诏告知尚书废贾后之事，并拘捕贾谧等人，召集中书监、侍中、黄门侍郎、八坐等人都连夜入殿，逮捕张华、裴危页、解结、杜斌等人，在殿前诛杀了他们。尚书开始怀疑诏书有诈，郎师景露出手版上奏请求皇帝手诏。司马伦等人认为败坏众人情绪，斩首示众。第二天，司马伦坐于端门，屯兵向北，派尚书和郁持节把贾庶人送到金墉。杀赵粲叔父中护军赵浚以及散骑韩豫等，朝廷内外的官员多被罢免。司马伦不久又假诏自己任命持节、大都督、督中外诸军事、相国，侍中、赵王如故，完全依照司马懿辅佐魏国的办法，设置左右长史、司马、从事中郎四人，参军十人，掾属二十人，军队一万人。任他的大儿子散骑常侍司马罶领冗从仆射；儿子司马馥任前将军，封为济陽王，司马虔为黄门郎，封为汝陰王，司马诩是散骑侍郎，封为霸城侯。孙秀等所封都是大郡，兼有兵权，文武官封侯的几千人，百官都听令于司马伦。
司马伦平素才能平庸，没有智慧计策，又为孙秀所制，孙秀的威权显扬于朝廷，天下都侍奉孙秀而无求于司马伦。孙秀起自于琅王牙小吏，累官于赵国，以谄媚显达。执掌国家大权后，便恣肆于施一奸一谋，多杀忠臣良将，以逞私欲。司隶从事游颢与殷浑有隔阂，殷浑引一诱游颢的家奴晋兴，让他伪告游颢有篡逆打算。孙秀不仔细察问，便拘捕了游颢和襄陽中正李迈，把他们杀了，厚待晋兴，任命为己部曲督。前卫尉石崇、黄门郎潘岳都与孙秀有隔阂，一并被杀。于是京城中的君子不以其生存为乐了。
淮南王司马允、齐王司马礒认为司马伦骄纵僭位，内心怀有不平之意。孙秀等人也深以为忌，便让司马礒出镇许，收回了司马允的护军。司马允发愤，起兵讨伐司马伦。司马允失败灭亡后，司马伦加九锡，增加封邑五万户。司马伦假装谦让，诏书派百官到他府上劝进，由侍中宣读诏书，然后他才接受。加封司马罶为抚军将军、领军将军，司马馥为镇军将军、领护军将军，司马虔为中军将军、领右卫将军，司马诩为侍中。又任孙秀为侍中、辅国将军、相国司马，右率如从前一样。张林等人都位居要职。增加司马伦相府兵为二万人，与皇帝的护卫相同，还暗藏了些兵士，总数超过三万。把东宫的三个门都建成四角华丽的望楼，又隔断宫的东西道路为外部边界。有人对孙秀说：“散骑常侍杨准、黄门侍郎刘逵要梁王司马肜来诛杀司马伦。”恰好有星象的异常变化，便徙司马肜为丞相，居住司徒府，让杨准、刘逵转任外官。
赵王司马伦没有学问，不知书；孙秀也由于狡黠小聪明，贪求一婬一利。与他共事的人，都是邪佞之徒，只追逐荣禄名利，没有深谋远虑的谋略。司马罶见识浅薄，司马馥、司马虔也都凶狠暴戾，司马诩愚蠢顽劣又轻佻，各自乖异，互相憎恨诋毁。孙秀的儿子孙会，二十岁，当射声校尉，娶惠帝女河东公主。公主母丧不到一年，便纳聘礼。孙会形体矮小面貌丑陋，像下等的奴仆。当初与富家儿子在城西贩马，百姓忽然听说他娶了公主，没有谁不惊骇。
司马伦、孙秀都很相信巫鬼，听信妖邪之说。孙秀让牙门赵奉假称宣帝司马懿的神语，说要让司马伦早日入西宫。又说宣帝在北芒山当赵王的佐助，于是又在北芒山别立宣帝庙。说叛逆的谋划可以成功。任太子詹事裴劭、左军将军卞粹等二十人为从事中郎，另有掾属二十人。孙秀等安置诸军，安插心腹，让散骑常侍、义陽王司马威兼侍中，出入诏命。假作禅让之诏，让使持节、尚书令满奋，仆射崔随为副，捧着皇帝的玉玺印绶禅位给司马伦。司马伦假装谦让不接受。于是宗室诸王、群公卿士都假称有符瑞天文灵应予以劝进，司马伦才同意。左卫王舆与前军司马雅等带领甲士入殿，以威赏明示三部司马，所以都没有谁敢反对。当天夜晚，派张林等人屯守诸门。义陽王司马威以及骆休等人一逼一着天子拿走玉玺印绶。不到天亮，内外百官用车舆法驾迎接司马伦。惠帝坐云母车，随行仪仗队几百人，从华林西门出居金墉城。尚书和郁兼侍中、散骑常侍，琅王牙王司马睿、中书侍郎陆机跟随，到城下而返回。派张衡保卫惠帝，实际上就是囚禁他。
司马伦随从士兵五千人，从端门进入，登上太极殿，满奋、崔随、乐广把玉玺印绶献给司马伦，于是司马伦便僭位称帝，大赦天下，改年号为建始。这一年，贤良方正、直言、秀才、孝廉、良将都不考试；计吏以及在京邑的当出使四方的使者，太学生年纪在十六岁以上以及正在学习的二十岁的人，都任命为官吏；郡县二千石以上的令长适逢大赦时正在职的人，都封为侯，郡纲纪都是孝廉，县纲纪都是廉吏。任大儿子司马罶为太子，司马馥为侍中、大司农、领护军、京兆王，司马虔为侍中、大将军领军、广平王，司马诩为侍中、抚军将军、霸城王，孙秀为侍中、中书监、骠骑将军、仪同三司。张林等诸一党一都登上卿将之位，大加封赏，其余同谋之人都破格提拔晋升，不可胜记，就连奴仆士卒杂役之人也都加封爵位。每次朝廷会见，冠饰貂蝉者满坐，当时的人作谚语说：“貂不足，狗尾续。”只以苟且的恩惠取得人们的欢一悦，库府的储备还不够赏赐，金银冶炼铸造还不能供给冶印，所以有白版封侯，君子耻于接受他的赏赐，百姓也知道他不得善终了。
司马伦亲自祭祀太庙，回来时，遇到大风，吹折了麾盖。孙秀为司马伦建立了非常的大功，因此司马伦更敬重他。孙秀住在文帝司马昭当相国时所居的内库，事无巨细，必定先征求他的意见然后才实行。司马伦的诏令，孙秀总是改变，有所取舍，便自己写在青纸上当诏书，有时朝令夕改竟达到三四次，百官转任改职如同流水一样。当时有只雉鸡飞入殿中，从太极殿的东阶上殿，人们驱赶它，又飞到殿西边大钟的下面，过了一会，飞走了。另外司马伦在殿上捉到一只奇异的鸟，问手下都不知它是什么鸟，过了几天的一个傍晚，宫西边有个穿白衣服的小孩说这鸟是服刘鸟。司马伦让人抓住小儿和这只鸟一并关在牢室中，第二天早晨打开一看，门户和先前一样，可是人和鸟都不见了。司马伦眼睛有个瘤子，时人认为这是妖异的象征。
当时齐王司马礒、河间王司马..、成都王司马颖都拥有强大的军队，各占一方。孙秀知道司马礒等人必定有别的图谋，便选拔亲戚一党一羽以及司马伦的旧官吏当这三王的参佐之将和郡守。
孙秀本来与张林有隔阂，虽然表面上互相推崇，内心其实忌恨他。等到张林当了卫将军，深恨自己没得到开府之职，暗地里给司马罶写信，陈述孙秀专权，行为违背众人心愿，而所封功臣都是小人，扰乱朝廷，可一并杀了他们。司马罶把信给司马伦看，司马伦又给孙秀看。孙秀劝司马伦杀掉张林，司马伦同意了。于是司马伦请同宗室的人在华林园聚会，召集张林、孙秀以及王舆入见，趁机拘捕张林，杀了他，并诛灭三族。
等到三王起兵讨伐司马伦的檄文传来，司马伦、孙秀才大为恐惧，派其中坚孙辅为上军将军，积一弩一李严为折冲将军，率七千士兵从延寿关出战，征虏张泓、左军蔡璜、前军闾和等率九千人从..坂关出兵，镇军司马雅、杨威莫原等率八千人从成皋关出兵。征召东平王司马懋为使持节、卫将军，都督各军抵御三王之师。派杨珍昼夜到宣帝庙祈祷请求，回报总是说宣帝感谢陛下，某日必当破贼。又拜道士胡沃为太平将军，让他招来福..。孙秀家中天天陈设各种祭祀，制作诅咒制胜的巫术文章，让巫祝选择作战的日子。又让近亲在嵩山上穿着羽衣，诈称是仙人王乔，制作神仙文字，叙述司马伦国运长久，以此迷惑民众。孙秀想派司马馥、司马虔带兵协助诸军作战，他们二人不肯。司马虔平素与刘舆亲善友一爱一，孙秀便让刘舆劝说司马虔，此后司马虔才带领八千士兵作三军的后继和援助。张泓、司马雅等虽然连战连胜，但义军分散后又汇合，司马雅等人不能前进。许超等人与成都王司马颖的军队在黄桥作战，杀伤一万多人。张泓径直到陽翟，又在城南攻破齐王司马礒的辎重，杀死几千人，于是占据城池保住屯积军需物资之所。这时司马礒的军队已经在颍陰，离陽翟四十里。司马礒分军渡过颍水，进攻张泓不利。张泓乘胜追到颍上，夜晚面临颍水列阵。司马礒派轻兵进攻他们，诸军不动，而孙辅、徐建的军队夜晚自乱，径自回洛陽自首。孙辅、徐建逃跑时，不知道其他军督都还在，便说：“齐王军队强盛，势不可挡，张泓等已覆没了。”司马伦大惊，隐瞒此事，召集司马虔和许超回京。正好张泓击败司马礒的捷报传来，司马伦大喜，便又派许超前往，而这时司马虔在回京的途中已到庾仓。许超回兵前进渡过黄河时，将士疑惑隔阂，锐气内挫。张泓等带领所有兵士渡过颍水，进攻司马礒兵营，司马礒出兵进攻他们的别帅孙髦、司马谭、孙辅，将其全部攻破，士卒流散逃回洛陽，张泓等收集余众回营。孙秀等得知三方军情一天天危急，假传攻破了司马礒兵营，活捉了司马礒，以此欺骗众人，并让百官都来祝贺，而士猗、伏胤、孙会都执掌兵权而不相从。司马伦又授予太子詹事刘琨使节，让他督河北将军，率一千步兵催促各军作战。孙会等与义军在激水交战，大败，撤退保守河上，刘琨烧断河桥。
自从义兵兴起，百官将士都想诛杀司马伦、孙秀以向天下谢罪。孙秀知道众怒难犯，不敢出省。及至听说河北军全部失败，便忧虑得不知所为。义陽王司马威劝孙秀到尚书省与八坐议论征战防备之事，孙秀依从了。使京城四品官以下的子弟年龄在十五岁以上的人，都到司隶之所，跟着司马伦出战。内外各军都想劫杀孙秀，司马威害怕，从崇礼闼回到下舍。许超、士猗、孙会等都回军以后，便跟孙秀谋划，有人想收集剩余的士兵出战，有人想焚烧宫室，诛杀不依附自己的人，随同司马伦向南投奔刘旆、孟观等人，有人想乘船向东逃到大海，计议不决。王舆反叛，率领该营七百多士兵从南掖门攻入，敕令宫中士兵各自守卫宫门，三部司马作为内应。王舆自己前往攻击孙秀，孙秀关闭中书南门。王舆让士兵登墙烧屋，孙秀和许超、士猗仓惶逃出，左卫将军赵泉斩孙秀等人示众。在右卫营逮捕了孙会，交付廷尉诛戮。捉住了前将军谢忄炎、黄门令骆休、司马督王睶，都斩于殿中。三部司马兵在宣化闼中斩孙弼示众。当时司马馥在孙秀家，王舆派将士把他囚禁在散骑省，用大戟守住省..。八坐都到殿中，坐在东阶树下。王舆驻扎在云龙门，让司马伦制诏令道：“我为孙秀等人所误，致使三王发怒。现在孙秀已诛，将迎太子复位，我告老归农。”传示诏书用驺虞幡信令将士放下武器。文武百官各自奔逃，没有谁敢家居。黄门带司马伦从华林东门出，和司马罶一起都回到汶陽里住宅。于是派甲兵数千把天子从金墉城迎归，百姓都称万岁。惠帝从端门入，升殿，居广室，送司马伦和司马罶等到金墉城。
当初，孙秀害怕西军到来，又召司马虔还京。这天住宿在九曲，诏令使者免去司马虔官职，司马虔恐惧，离开军队带了几十人回到汶陽里。
梁王司马肜表奏司马伦父子叛逆，应当诛杀。百官在朝堂会议，都如同司马肜表奏一样。派尚书袁敞持节赐司马伦死罪，让他喝金屑苦酒。司马伦惭愧，用手巾遮住脸，连声说：“孙秀误我！孙秀误我！”于是逮捕司马罶、司马馥、司马虔、司马诩交付廷尉狱，考究查实。司马馥临死时对司马虔说：“因你连累我们家破人亡啊！”百官凡是司马伦所用的人，一律斥免，台省一爱一卫也只有少数保留。自兴兵六十多天中，作战所杀害的将近十万人。
大凡同司马伦为逆参预谋划大事的人：张林被孙秀杀死；许超、士猗、孙弼、谢忄炎、殷浑与孙秀为王舆所杀；张衡、闾和、孙髦、高越从陽翟返回，伏胤战败后回到洛陽，都斩于东市；蔡璜在陽翟向齐王司马礒投降，回洛陽以后自一杀；王舆因有功免于诛杀，后来与东莱王司马蕤谋划杀司马礒，又伏法被杀。