刘光世是将门之后。
宣和三年，跟随父亲刘延庆镇压方腊起义，凭借战功升领耀州观察使、鄜延路兵马钤辖。
宣和四年，跟随父亲攻辽，夺取易州，升领奉国军承宣使。之后又镇压河北起义军张迪中立功，升任鄜延路马步军副总管。
靖康元年，西夏和金共同起兵，进攻南宋，刘光世在杏子堡击败西夏军，升任侍卫马军都虞候衔。同年十一月，金、攻打南宋首都开封，刘光世率3000骑兵前来勤王，但未赶到开封，北宋已经灭亡。次年四月，刘光世率兵赶往济南时，遇到康王赵构，被任命为元帅府五军都提举。
赵构建立南宋后，刘光世为赵构讨平山东李昱，击败张遇、李成，升任检校少傅。
