劉師培生有異相，尻部有一根長不及寸的無骨肉尾，左足正中有一塊龍眼大小的鮮紅方記，故被稱為“老猿再世”，此為聰明異常之兆。劉師培自幼天資聰穎，過目成誦，10歲時曾在兩天中作《鳳仙花》絕句百首，被稱為“神童”。
劉師培自幼天資過人，八歲開始學習《周易》，12歲時即已遍讀四書五經，“為人雖短視口吃，而敏捷過諸父，一目輒十行下，記誦久而弗渝”。劉師培17歲進學，18歲考上秀才，19歲中舉，可謂少年得志。
程善之曾告訴冶春後社社友杜召棠，一天，他從上海購蒙古地圖，回到揚州府中學堂後，與劉師培、方地山共同瀏覽。不久，侍者來叫他們吃午飯，程善之先去，等了許久還不見二人前去吃飯，於是程去催促。一會兒，劉師培來了，但方地山未至。程再催，方地山說，尚缺十數地。程不解其意。吃飯時，程善之就問方地山所言何意。方答：“吾默識地名，尚有疑誤，重新檢查一下。”程善之大驚，蒙古全圖上有地名千餘個，僅一兩個小時，怎可能記住？以為他吹牛。方說：“我不敢自信，但劉師培我可保證他絕沒有多少誤差。”程更加驚訝。飯後，劉師培與方地山二人各取一漆牌，持粉筆，默繪地圖。等到完成後，與原圖比較，劉師培只有一處錯誤，方地山有六七處錯誤。程善之始信其言。
【治學】
劉家三世傳經，劉師培的曾祖劉文淇、祖父劉毓崧、伯父劉壽曾都以治《左傳》新疏工作而名列《清史稿·儒林傳》。劉師培的父親劉貴曾為光緒間舉人，著有《春秋左傳歷譜》、《尚書歷草補演》、《抱甕居士文集》等。母親李汝蘐，是江都學者李祖望的次女，通曉經史。由於家學淵源，劉師培8歲起學《周易》，12歲時已讀畢《四書》、《五經》。
1898年，父親劉貴曾病逝，劉師培便由母親李汝蘐授《爾雅》、《說文》，並向堂兄劉師蒼問學。劉師培聰慧好學，博覽群書，內典道藏、西方哲學，無不涉獵，尤精歷史掌故，在經學方面打下了深厚的功底。1901年，他考取秀才，1902年參加江南鄉試，中舉人。
劉師培是經史世家的傳人，其家藏書如海。劉師培十七歲即全部讀完了家中的藏書，然後論史談經，著書立說，在國學界被譽為少年大師，與年近不惑的章太炎齊名。
劉師培早年喪父，祖母怕他出外吃虧，將他禁錮於家，所以他雖名聲在外，但世人皆不知劉師培何許人也。劉師培因科舉考試失利，辱罵清廷被官府官府通緝，聽說陳獨秀、章士釗等人在上海辦《蘇報》，便來投奔。這日閒暇，陳獨秀到章士釗寓所聊天，忽一滿身汙髒、蓬頭垢面的少年叩門而入，對二人說：“我叫劉師培，從揚州家裡逃出來的。”章、陳二人考其《左傳》上的學問，始信此少年便是劉師培。
章太炎曾評價劉師培的治學道：“常人患不讀書，而申叔讀書過多，記憶太繁，而悟性反少，誠欲著書，宜三二載束書不觀，少忘之而後執筆，庶可增其悟力雲。”
在北大任教的三年間，劉師培講授“中國文學”、“文學史”課程並出版了《中國古文學史講義》。本書的出版使“文選”派在文派之爭中獲得勝利，並在文學史的教學與研究方面成為後世的典範。
劉師培家族幾代傳經，劉師培繼承家學傳統，研究《左傳》，著有《春秋左氏傳古例詮徵》、《春秋左氏傳例略》、《春秋左氏傳答問》、《春秋左氏傳時月日古例考》、《讀左札記》等著作。同時，他還研究《周禮》，著有《周禮古注集疏》、《禮經舊說考略》、《逸禮考》以及《古書疑義舉例補》、《論文札記》等作品，都有較高的學術地位。
劉師培在繼承《左氏》家學的同時，運用近代西方社會科學研究方法和成果，研究中國傳統文化，開拓了傳統文化研