武三思，梁憲王武元慶之子，武元慶為武則天之兄。弘道元年（683）十二月，武則天臨朝，擢拜夏官尚書。
天授元年（690）九月，武則天即皇帝位，封梁王，拜天官尚書。正聖元年（695）,轉春官尚書，監修園史。
神功元年 （697）六月，為同鳳閣鸞臺三品，檢校內史、特進、太子賓客。 聖曆元年（698）二月，三思為謀求太子之位，數次使人說於武則天; “自古天子未有以異性為嗣者。”則天猶豫不能決。狄仁傑諫武則天曰：“陛下立太子，則千秋萬歲後，配食太廟，承繼無窮。立侄，則未聞侄為天子，而姑姑立於廟者也，則天聽從了狄仁傑的建議 ，絕了以立三思為太子的主意。
三思略知文史，性格狡詐，善看風使舵，他是武則天的侄子, 貴寵無比。薛懷義、張易之、張昌宗為武則天的內寵，自由出入宮殿，武三思對他們屈節事之，一副奴才相。
薛懷義乘馬，武三思為之執轡, 又贈張宗昌詩，聲稱昌宗才貌是王子晉後身，王子晉是周靈王的太子，傳說死後成仙.。為了能為張易之執轡, 常常等候在易之家門口。由此三思特蒙信任，賞賜甚厚。
武則天晚年世居深宮，又欲與張易之、張昌宗等扈從馳騁， 以弄其權。武三思摸透了武則天的心思。乃請造三陽宮於嵩山、 興泰宮於萬壽山。武則天每歲臨幸。前後二役甚眾，耗費巨大， 百姓怨之。
神龍元年（705）正月，宰相張東之、中臺右丞敬暉、司刑少卿桓彥範等殺張易之、張昌宗。
則天被迫傳位於中宗李顯今二 張被誅後，洛州長史薛季昶對張柬之、敬暉說：“二兇雖除，'產、 祿（即漢代呂產、呂祿）猶在，去草不去根，終當復生。朝邑尉劉幽求亦說；“武三思尚存，我輩皆終死無葬地。而張柬之等則對此認識不足，謂：“大事已定，所誅已多，不可覆蓋也。”’
當時中宗之女安樂公主嫁與武三思之子武崇訓為妻，而武三思又與上官婉兒私通。上官婉兒是上官儀的孫女，上官儀被武則天處死後，上官婉兒沒入掖庭，她聰明、伶俐，懂史事，善作文，很有口才,深得武則天喜愛，常參與百官表決。中宗即位後，益加重用，拜為婕妤，用事於宮中。於是，上官婉兒薦韋后，韋后引入宮中。他們相互勾結，以圖恢復武氏政權。
武三思入宮中與中宗議政，他還與韋后私通。柬之數勸中宗誅諸武，中宗不但不聽，反而更加信任武三思，常微服至其家。監察御史崔皎秘密上書勸諫。 中宗洩其密於三思.於是，三思之黨，恨之入骨。
武三思與兵部尚書宗楚客的人相勾結，誣陷別人，猜忌正直之士。他們以侍御史冉祖雍等五人為其耳目，時人稱其為“三思五狗，三思益發重用，加開府儀同三司，繼又以其為立功之人, 如非犯叛逆大罪，恕其十死。
敬暉等以考功員外郎崔溫為耳目，以伺三思動靜。崔溫是個見利忘義之徒，中宗親三思而遠敬暉，乃悉以敬暉等之謀，告三思。於是，推薦為中書舍人，成了武三思的黨羽，殿中侍御史鄭情因陷媚張易之、張昌宗，二張事敗後貶為宣州司士參軍。
後又因貪髒，逃至洛陽，見武三思說：“大王雖得天子之意，但他們五人（指張柬之、敬暉等）皆據將相之權，又膽略過人，廢太后易如反掌。大王不去此五人，危如朝露。”武三思聽後十分高興, 何以自安之策，薦引為中書舍人。於是，鄭惜成了武三思的助理 。自此，武三思與韋后日夜詆譭張柬之等人，雲其：“恃功專權，將不利於社稷”。中宗信之。
三思又為之策劃：“不若封敬暉等為王，罷其政事，外則尊寵功臣，內則奪之實權’中宗採納其意見。於是，武三思盡復武則天之政，不附武氏者斥之。大權盡歸於武三思。
駙馬都尉王同皎痛恨武三思及韋后之所為，每與其言，必咬牙切齒。原兗州司倉宋之遜匿其家中，竊問其言，遂密告武三思。 三思即誣告王同皎密結壯士，謀殺三思、廢韋后。於是，王國皎等人被處斬，張柬之等五人貶出朝廷。
張柬之雖出之外地，三思仍恨之入骨，崔混謂三思曰：“暉等異日北歸，終為後患，不如遣使殺之了事。於是，武三思遣大理寺正周利用殺之。三思既殺五王，權傾朝野。神龍二年，衛王李重俊立為太子，韋后以其非己所生，深惡痛絕，而武三思更深恨之。
安樂公主和武崇訓還常常欺侮他，或呼為奴，還請中宗早日廢之。景龍元年（707）七 月，李重俊先發制人，派遣羽林騎兵三萬餘人，殺武三思、武崇訓，於其家，並殺其黨羽十餘人。中宗、韋后、安樂公主、上官婉兒，逃往玄武門城樓，後發兵討之，李重俊兵敗被殺。
睿宗即位（710）,以武三思父子皆為叛逆為由。開棺暴屍，並且夷平其墳墓。
