西魏大统九年（543年），宇文邕出生于同州，是宇文泰第四子。据说宇文邕幼年便知道侍奉双亲至孝，而且聪明敏达有气度。宇文泰因此很喜欢他，常对别人说：“将来能实现我的志向的，一定是这个儿子。”
因为其父为西魏权臣，故而青少年时代的宇文邕前途平坦，西魏恭帝二年（555年），宇文邕十二岁时，被封为辅城郡公。北周孝闵帝元年（557年），三兄孝闵帝宇文觉受禅登基，建立北周，拜宇文邕为大将军，出镇同州。同年九月，大冢宰宇文护废孝闵帝，拥立明帝宇文毓继位。十二月十六日，迁任宇文邕为柱国，授蒲州诸军事、蒲州刺史。武成元年（559年），宇文邕入朝担任大司空、治御正，进封为鲁国公，兼任宗师。周明帝十分亲近他，朝廷凡有大事，多同他商议。宇文邕性格深沉，识见宏远，不是因为周明帝垂问，他始终不轻易发表意见。周明帝常常赞叹他道：“此人不言，言必有中。”
武成二年（560年）四月，权臣宇文护派人毒死周明帝，立十七岁的宇文邕为帝，是为周武帝。宇文邕即位时，北周政局十分不稳，关键原因就在于宇文护垄断了北周实权。宇文护是宇文泰的侄子，西魏时，曾任大将军、司空。大定二年（556年），宇文泰病重临终之前，曾郑重地对宇文护表示过，自己的诸子都年幼，而且外敌势力庞大，所以要求宇文护总揽军政，继承自己的志向。宇文护表面许诺下来。第二年，他拥立宇文觉为帝，建立了北周政权。宇文觉秉性刚烈，特别厌恶晋公宇文护的专权。宇文邕深知宇文护的势力已经长成，故而采取了韬光养晦的策略。即位伊始，他不敢暴露自己对宇文护的不满。保定元年（561年）正月，宇文邕就以大冢宰、晋公宇文护为都督中外诸军事。而且在日常极力讨好宇文护。周梁躁公侯莫陈崇随宇文邕一同到原州，夜里，他执意回到长安去。众人都认为这件事有些奇怪。侯莫陈崇自以为聪明，便对自己周围亲近的人扬言宇文护已经被诛杀。有人把侯莫陈崇的话传了出去。宇文邕听说后，立即召诸公于大德殿，当着众人的面责骂侯莫陈崇，侯莫陈崇惶恐谢罪。就在这一天夜里，宇文护派兵冲进侯莫陈崇住所，迫使他自杀了。宇文邕通过实际行动，表明自己对宇文护决无二心。不久，宇文邕又用韬晦之计表彰宇文护，诏称：“大冢宰晋国公，亲则懿昆，任当元辅，自今诏诰及百司文书，并不得称公名。”
在诏书之中不得称晋公宇文护之名，可见宇文邕对宇文护暂时“尊崇”之程度。宇文护的母亲被北齐俘虏，母子分离三十五年，后来北齐将她放回，宇文邕对她也竭力奉承，凡是赏赐她的物件，一定是极尽奢华。每到四时伏腊，宇文邕都是率领皇族亲戚向宇文护之母行家人之礼，被称为“觞上寿”。用此来博得宇文护的欢心。由于宇文邕表面上的尊重、曲从，宇文护没有像对宇文觉、宇文毓那样对待他。然而在暗中，宇文护还是时时要挟宇文邕，专横跋扈，总想取而代之。保定四年（564年），宇文邕在宇文护的策划下发兵攻打北齐。十一月，柱国、蜀国公尉迟迥率大军围困洛阳，齐国公宇文宪于邙山围困齐军，晋公宇文护的军队驻扎于陕州。十二月，权景宣攻打北齐豫州，齐刺史王士良在内外夹攻之下投降了北周。但因为北齐武成帝高湛派高长恭与并州刺史段韶、大将军斛律光前往洛阳救援，因为惧怕北周的兵力强大，不敢前进。段韶利用谋略打败北周军队。宇文邕与宇文护想吞并北齐的初步计划被遏制。这次战役的失败，使得宇文护在北周的威望大大降低，为周武帝宇文邕后来的夺权创造了一定条件。宇文邕吸取两位兄长的教训，表面上与堂兄相安无事，任其专权。暗中却在慢慢积聚力量，寻机诛护。建德元年（572年），宇文邕决心铲除宇文护。宇文护从同州返回长安，宇文邕便与他一同来见太后，宇文邕一边走，一边对宇文护说：“太后年事已高，但是颇好饮酒。虽然我们屡次劝谏，但太后都未曾采纳。如今兄长入朝，请前去劝谏太后。”
说着，又从怀中掏出一篇《酒诰》交给宇文护，让他以此劝说太后。宇文护进到太后居处，果然听从宇文邕所言，对太后读起了《酒诰》。他正读着，宇文邕举起玉珽在他脑袋上猛地一击。宇文护跌倒在地，宇文邕忙令宦官何泉用刀砍杀宇文护，何泉心慌手颤，连砍几刀都没有击中要害。这时，躲在一旁的宇文邕同母弟卫公宇文直跑了出来，帮忙杀死了宇文护。诛灭宇文护势力，是周武帝宇文邕一生中的大事。它使宇文邕避免了走短命皇帝的老路，把北周从内乱倾轧中解救出来。宇文护被杀后，北周的大权才真正开始掌握在宇文邕手中。宇文邕除去了心头之患，开始了一系列的改革措施，他在父亲宇文泰所建立的基础上，终于使原来弱于北齐的北周，转弱为强。随后将宇文护的儿子、兄弟及亲信斩尽杀绝。诛杀宇文护之子宇文会、宇文至、宇文静，以及伏侯龙恩、大将军万寿、大将军刘勇等人。大赦天下，改元建德。在诛杀宇文护及其亲信后，宇文邕削弱大冢宰的权力，规定六府不必总听于天官大冢宰，使它的权力虚化，以加强皇权，又改诸军军士为侍官，表示军队从属于皇帝和国家化。再取消兵源的种族限制，一境内凡男悉可为兵，大大扩充了军力。又限定地方行政长官与其僚属的关系，以防止地方上的私人化。为了使兄弟诸王发挥辅助的作用，建德三年（574年）正月，宇文邕册封柱国齐国公宇文宪、卫国公宇文直、赵国公宇文招、越国公宇文盛、滕国公宇文逌等兄弟为王爵。建德四年（575年），宇文邕再次率兵进入北齐境内，打算灭掉北齐。长期以来，北周和北齐的关系主要是战争关系，双方互有胜负，力量大体均衡。但是自从宇文邕亲政后，情况发生了很大变化：一是经过灭佛，国家经济势力增长；二是吸收均田上广大汉族农民充当府兵，扩大了府兵队伍，军事优势形成；三是北与突厥和亲，南和陈朝通好，外交策略上的成功。而北齐，却处于“政出多门，鬻狱卖官，唯利是视，荒淫酒色，忌害忠良。阖境嗷然，不胜其弊”的状况。宇文邕看清了北齐混乱的局势，决定出兵伐齐。建德四年（575年），宇文邕独与齐王宇文宪等少数人策划，力排众议，决定伐齐并亲自统军围攻金墉城（今河南洛阳），七月，周武帝宇文邕命宇文纯、司马消难，达奚震为前三军总管，宇文盛、侯莫陈琼、宇文招为后三军总管。杨坚、薛迥、李穆等率军分道并进。宇文邕自率大军六万，直指河阴。周军进入北齐境内，纪律严明，禁止砍伐树木、践踏庄稼，犯者皆斩。颇得民心，但是周武帝宇文邕因病还师。次年（576年），宇文邕又率大军伐齐，几路并进，攻克平阳（今山西临汾）。围晋阳（今山西太原西南）时军事失利，宇文邕自己仅得免。其后听从宇文忻“死中求生，败中取胜”的建议，终于攻克晋阳。建德六年（577年），宇文邕攻入邺城，灭北齐。从此拥有了黄河流域和长江上游。为后来隋朝的统一奠定了基础。宇文邕生活俭朴，诸事希求超越古人，对宇文护及北齐所修过于华丽的宫殿一律焚毁，对下严酷少恩，但果断明决，耐劳苦，征伐时躬亲行阵，得士卒死力。齐境有北魏所俘河西人世为厮役的杂户，周境有从东魏及南朝梁江陵俘虏的良人没为奴婢，他都豁免为良人。当时突厥强盛，而且北齐、北周在突厥之南。宇文邕不得不娶突厥公主阿史那氏为后。灭齐之后，宇文邕于宣政元年（578年）率军分五道北伐突厥。宣政元年（578年），宇文邕在亲征突厥的途中病倒，同年六月丁酉日，宇文邕病情加重，在回到洛阳当天就病逝了，时年三十六岁，遗诏长子皇太子宇文贇继位。宇文邕死后的谥号为武皇帝，庙号高祖，六月己未日，葬于孝陵。