曹操的祖父是曹腾，在汉桓帝时担任官职，并被封为费亭侯。传说他父亲曹嵩本姓夏侯后来被曹腾收养并改姓，继承了侯爵的地位。曹操有两个小名，分别是阿瞒和吉利，因此有了曹阿瞒的称呼。当时年轻的曹操机智敏捷，能够随机应变，但他也任性并且放荡不羁，不修善行，也不研究书学，因此社会上没有人认为他有特别的才能，只有梁国的桥玄等人认为他与众不同。桥玄对曹操说：“天下将乱，非命世之才不能济也，能够安抚天下的，就是你！”南阳何颙也对他说：“汉室将亡，能够安定天下的人，必定是你！”许劭，字子将，以识人著称，他曾经对曹操说：“你是清平时期的能臣，乱世中的英雄”（这段引用来自《后汉书·许劭传》，孙盛的《异同杂语》以及《三国演义》中有所不同）。
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公元184年曹操于汉末黄巾时显露头角，后被封为西园八校尉之一，参与了天下诸侯讨伐董卓的战争。董卓死后，独自发展自身势力，纵横乱世，南征北战，先后战胜了吕布、袁术，并接受了张绣的投降。
公元200年10月，曹操在官渡(今河南中牟县东北)以少胜多挫败河北袁绍。
公元201年在仓亭(今河南管县东北)以“十面埋伏”之计再次击破袁绍大军。
公元207年12月北伐三郡乌桓，彻底铲除了袁氏残余势力，基本统一了中原地区。
公元208年，成为东汉政权丞相。7月，曹操南征荆州刘表，12月在赤壁与孙刘联军作战，失利。
公元211年7月，曹操领军西征击败了以马超为首的关中诸军，构筑了整个魏国基础。
公元212年攻占阳平关，击败、降服了汉中张鲁，至此，三国鼎立之势基本成型。
公元213年，汉献帝派御史大夫郗虑册封曹操为魏王，于邺城建立魏王宫铜雀台，享有天子之制，获得“参拜不名、剑履上殿”的至高权力。
公元220年3月15日，曹操于洛阳逝世，享年66岁，谥号“武王”，死后葬于高陵。曹操一生未称帝，他病死后，曹丕继位后不久称帝，追谥曹操为“武皇帝”，庙号“太祖”，史称魏武帝。
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曹操在北方屯田，兴修水利，解决了军粮缺乏的问题，对农业生产的恢复有一定作用;用人唯才，罗致地主阶级中下层人物，抑制豪强，加强集权。所统治的地区社会经济得到恢复和发展。精兵法，著《孙子略解》、《兵书接要》、《孟德新书》等书。善诗歌，《蒿里行》、《观沧海》等诗篇，抒发自己的政治抱负，并反映汉末人民的苦难生活，气魄雄伟，慷慨悲凉。散文亦清峻整洁。著作有《魏武帝集》。
在政治军事方面，曹操消灭了众多割据势力，统一了中国北方大部分区域，并实行一系列政策恢复经济生产和社会秩序，奠定了曹魏立国的基础。文学方面，在曹操父子的推动下形成了以“三曹”(曹操、曹丕、曹植)为代表的建安文学，史称“建安风骨”，他的诗以慷慨悲壮见称，在文学史上留下了光辉的一笔。
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曹操去世后被葬于高陵，今河南省安阳市安阳县安丰乡西高穴村南。