子婴系扶苏长子，德才兼备，颇具乃父之遗风。胡亥被弑，赵高迎之为帝。方五日，子婴获悉赵高欲引义军入都尽杀秦国宗室，遂急招两子及心腹韩谈入宫曰：赵高害先帝亦惧为群臣所诛，故暂立我为王，闻贼已暗通项楚，将灭我宗族而瓜分天下也！今嘱我斋戒至宗庙祭告先祖，必有当场亡我之心。倘吾托病不至，必亲来，时为汝等动手之际。三请，王仍不至宗庙，赵高果亲至斋宫，韩谈当场将其格杀。次日，子婴又灭赵高三族。
十月，刘邦先行入关中，大败秦军，劝子婴降，王遂与妻子着白衣乘白马车以降，在位仅四十六日。十一月，项羽入咸阳，当日杀子婴一干人又纵火焚之，尸首遂无存焉。
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:"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。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207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。子婴共在位仅四十六天。
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。虽然子婴迅速展现了自己的政治才干和魄力，诛杀了赵高，以图重振秦廷，但大势已去，秦朝灭亡只是时间问题。