子婴生平鲜见于史册，早年经历不详，最早记载其事迹的文献是《史记·卷八十八·蒙恬列传第二十八》。 

秦始皇三十七年（前210年），秦始皇在巡游途中去世，胡亥矫诏篡位，听信赵高谗言，将蒙恬、蒙毅兄弟二人囚禁起来，准备处死他们。子婴向秦二世进谏说：“我听说以前赵王迁杀良臣李牧，而改用颜聚；燕王喜暗用荆轲的计策，而违背秦国的条约；齐王建杀他的先世忠臣，而用后胜的谋议。这三位君王，都各自因为改变旧规而丧失国家，殃祸降到自身。现在蒙氏一族，都是秦国的大臣和谋士，君主却要在一时之内舍弃他们，除掉他们，我认为这不可以。我听说轻于思虑的人不可以治理国家，不能广纳众智的人不可以保全君王。诛杀忠臣而任用没有节操品行的人，这是对内让群臣不能相互信任，对外让战士的斗志分离！我认为不可以这样。”但秦二世不听子婴的劝谏，派人杀死蒙恬和蒙毅。 

不久，秦二世胡亥又在赵高的蛊惑下，对大臣以及始皇帝的皇子、公主展开血腥大屠杀，子婴有幸逃过此劫。

秦二世三年（前207年），完全掌握了朝政，野心极度膨胀的丞相赵高试图自立为帝，通过指鹿为马清洗朝堂后，派女婿咸阳令阎乐逼杀了屠尽兄弟姊妹成为孤家寡人的秦二世。

秦二世死后，赵高召集大臣告知诛杀秦二世的情况，然而发现群臣和将领们都不支持他，不得不迎立子婴。但赵高也留了一手，声称六国故地相继起事，秦已失去对整个华夏大地的控制权。他说：“秦本来只是诸侯，始皇统一天下，所以称帝。六国各自独立，秦国地方更狭小，竟然以空名称帝，这样不行。应该像以前一样称王，才合适。”故而子婴不该再称“皇帝”，只适合当“王”，并让子婴斋戒，到宗庙参拜祖先，接受传国玺。 

赵高称子婴为“秦王”，其实是为了日后自己继续篡位做准备。

斋戒五天后，子婴和他的两个儿子以及宦官韩谈商量说：“丞相赵高在望夷宫杀害秦二世，害怕群臣诛杀他，便假装申张正义立我为王。我听说赵高竟与楚国相约，灭掉秦朝的宗族后在关中称王。如今让我斋戒朝见宗庙，这是想在宗庙趁机杀掉我。我装病不去，赵高必定亲自来请，赵高来后就杀死他。”于是，子婴便假托生病，不理朝政。赵高数次派人来请子婴，子婴不去，赵高果然亲自前往子婴所在的斋宫，说：“朝见宗庙有关国事，君王为什么不去？”趁此机会韩谈刺死赵高，并诛灭赵高三族，在咸阳城内示众。 

秦王子婴元年（前206年）十月，刘邦率大军攻破武关（今陕西丹凤东南），攻下峣关（今陕西蓝田县东南），兵临咸阳（今陕西咸阳东北），屯兵灞上（今陕西西安市东）时，派人劝子婴投降。此时，群臣百官也都背叛秦朝而投降刘邦。子婴眼看大势已去，便和妻子、儿子们用绳子绑缚自己，坐上由白马拉着的车，身着死者葬礼所穿的白色装束，并携带皇帝御用的玉玺、兵符等物，从轵道亲自到刘邦军前投降，秦朝灭亡。子婴共在位四十六天。

子婴投降后，樊哙提议杀死子婴，但刘邦没有同意，而是把他交给随行的吏员看管。一个多月后，项羽率领大军进入咸阳后，立刻杀死子婴 ，纵火焚烧秦宫室，并进行大屠杀，秦朝累代之积至此一炬而尽。