子嬰系扶蘇長子，德才兼備，頗具乃父之遺風。胡亥被弒，趙高迎之為帝。方五日，子嬰獲悉趙高欲引義軍入都盡殺秦國宗室，遂急招兩子及心腹韓談入宮曰：趙高害先帝亦懼為群臣所誅，故暫立我為王，聞賊已暗通項楚，將滅我宗族而瓜分天下也！今囑我齋戒至宗廟祭告先祖，必有當場亡我之心。倘吾託病不至，必親來，時為汝等動手之際。三請，王仍不至宗廟，趙高果親至齋宮，韓談當場將其格殺。次日，子嬰又滅趙高三族。
十月，劉邦先行入關中，大敗秦軍，勸子嬰降，王遂與妻子著白衣乘白馬車以降，在位僅四十六日。十一月，項羽入咸陽，當日殺子嬰一干人又縱火焚之，屍首遂無存焉。
子嬰生平鮮見於史冊，早年經歷不詳，最早記載其事跡的文獻是《史記·卷八十八·蒙恬列傳第二十八》。
秦始皇三十七年(前210年)，秦始皇在巡遊途中去世，胡亥矯詔篡位，聽信趙高讒言，將蒙恬、蒙毅兄弟二人囚禁起來，準備處死他們。子嬰向秦二世進諫說:"輕於思慮的人不可以治理國家，不能廣納眾智的人不可以保全君王。誅殺忠臣而任用沒有節操品行的人，這是對內讓群臣不能相互信任，對外讓戰士的鬥志分離!我認為不可以這樣。"但秦二世不聽子嬰的勸諫，派人殺死蒙恬和蒙毅。不久，秦二世胡亥又在趙高的蠱惑下，對大臣以及始皇帝的皇子、公主展開血腥大屠殺，子嬰有幸逃過此劫。
秦二世三年(前207年)，完全掌握了朝政，野心極度膨脹的丞相趙高試圖自立為帝，通過指鹿為馬清洗朝堂後，派女婿咸陽令閻樂逼殺了屠盡兄弟姊妹成為孤家寡人的秦二世。
秦二世死後，趙高召集大臣告知誅殺秦二世的情況，然而發現群臣和將領們都不支持他，不得不迎立子嬰。但趙高也留了一手，聲稱六國故地相繼起事，秦已失去對整個華夏大地的控制權。他說:"秦本來只是諸侯，始皇統一天下，所以稱帝。六國各自獨立，秦國地方更狹小，竟然以空名稱帝，這樣不行。應該像以前一樣稱王，才合適。"故而子嬰不該再稱"皇帝"，只適合當"王"，並讓子嬰齋戒，到宗廟參拜祖先，接受傳國璽。
趙高稱子嬰為"秦王"，其實是為了日後自己繼續篡位做準備。子嬰便假託生病，不理朝政。趙高數次派人來請子嬰，子嬰不去，趙高果然親自前往子嬰所在的齋宮，說:"朝見宗廟有關國事，君王為什麼不去?"趁此機會韓談刺死趙高，並誅滅趙高三族，在咸陽城內示眾。
秦王子嬰元年(前207年)十月，劉邦率大軍攻破武關(今陝西丹鳳東南)，攻下嶢關(今陝西藍田縣東南)，兵臨咸陽(今陝西咸陽東北)，屯兵灞上(今陝西西安市東)時，派人勸子嬰投降。此時，群臣百官也都背叛秦朝而投降劉邦。子嬰眼看大勢已去，便和妻子、兒子們用繩子綁縛自己，坐上由白馬拉著的車，身著死者葬禮所穿的白色裝束，並攜帶皇帝御用的玉璽、兵符等物，從軹道親自到劉邦軍前投降，秦朝滅亡。子嬰共在位僅四十六天。
子嬰投降後，樊噲提議殺死子嬰，但劉邦沒有同意，而是把他交給隨行的吏員看管。一個多月後，項羽率領大軍進入咸陽後，立刻殺死子嬰 ，縱火焚燒秦宮室，並進行大屠殺，秦朝累代之積至此一炬而盡。雖然子嬰迅速展現了自己的政治才幹和魄力，誅殺了趙高，以圖重振秦廷，但大勢已去，秦朝滅亡只是時間問題。