益州辖汉中、巴郡、广汉、蜀郡、犍为、越巂、牂牁、益州八郡三属国九十八县，是汉朝十三州中地域最大的州。
刘焉是恢复州牧制度，益州的第一任州牧。
恢复州牧制度之前，汉朝的行政级别分别是县、郡、朝廷三级，州刺史为监察地方，实权不及郡守，刘焉为私欲建议朝廷恢复州牧制度，并自告奋勇去最偏远的交州任州牧，因私下里听说益州有天子气，遂申请改去益州任州牧。
时任益州刺史却俭是买官上位，因为无才无德昏庸无能，致使蜀中民不聊生盗贼横行。
刘焉赴任的途中，南阳人马相（黄巾贼）在绵竹起兵，他聚集了数万人马攻破雒城，杀死益州刺史却俭自立天子。
马相虽然声势浩大但能力欠奉，被益州从事贾龙、犍为太守任岐用几千人消灭，随后两人迎刘焉入主益州。
刘焉为西汉宗室之后，他只身来到益州无兵也无权，只能依靠益州本地豪强的支持，快速稳定住局面，但他本人有野心不甘为豪强操控，对非益州出身之人也格外优待。
后来中原大乱，南阳和关中数万流民进入益州，刘焉将其收编为东州军，成为自己掌控的力量。
除此之外，刘焉还收编割据周边的小势力，其中就有拥有大量信徒，在鹄鸣山传道的张鲁。
汉末民生困苦，以传教蛊惑人心的贼寇趁势而起，其中有中原宣传太平道的张角，关中宣扬隐身法的骆耀，以及益州宣传五斗米教的张鲁等。
张鲁被刘焉拜为督义司马，其母卢氏生得貌若天人，虽然年龄偏大但形如少妇、风韵卓着、会妖术，卢氏经常出入刘焉家中，张鲁就这样成了刘焉的心腹爱将。
益州南边蛮族与北边汉中均不服管辖，刘焉派遣张鲁率兵北上，与汉中同为五斗米教的张修，合力击杀了汉中太守苏固，随后张鲁与张修教派火并，击杀并兼并对方的教徒和部众。
张鲁占据汉中后，他截断栈道斩杀朝廷使者，俨然成了益州北部的割据势力。
因为母亲卢氏的原因，刘焉默许了张鲁的行为，张鲁暗地里继续接受刘焉的指挥。
初平元年群雄开始讨伐董卓，刘焉以道路阻断为由拒绝出兵，反而对威胁自身权利的益州本地豪强开始清理，这为继任者刘璋埋下隐患。
兴平元年刘焉背疽发作病故，继任的本应该是三子刘瑁，司马赵韪等人认为四子刘璋更易掌控，于是推举刘璋为益州刺史。
刘璋为人懦弱多疑，此前刘焉