Cem Sultan, 1459 yılında Edirne Sarayı'nda doğmuş, Fatih Sultan Mehmet'in oğullarından biridir. Annesi Çiçek Hatun'dur. İlk eğitimini sarayın hocalarından almıştır. Beş yaşına geldiğinde, Kastamonu sancakbeyliğine gönderilmiştir. Eğitim ve öğrenimini burada sürdürmüştür. Fatih Sultan Mehmet, en büyük oğlu Mustafa'nın vefatından sonra 1474 yılında Cem'i Karaman eyaletine göndermiştir. 1481'de Mısır Seferi sırasında Fatih Sultan Mehmet Gebze'de hastalanmış ve vefat etmiştir. Bu durumda, babasından sonra tahta çıkan İkinci Bayezid'e kardeşi Cem Sultan muhalefet etmiştir.

Fatih Sultan Mehmet'in vefatı üzerine Amasya'da bulunan Şehzade Bayezid ile Konya'da bulunan Cem Sultan'a haberciler gönderilmiştir. Ancak Cem Sultan'a gönderilen ulak, yolda Anadolu Beylerbeyi Sinan Paşa tarafından yakalanmıştır. Cem Sultan, babasının ölümünü ancak dört gün sonra öğrenmiştir. Bu gecikme nedeniyle Yeniçeriler ayaklanarak, sadrazam Karamanlı Mehmet Paşa'yı öldürmüşlerdir. Şehzade Bayezid'in İstanbul'da bulunan oğlu Korkut ise saltanat naibi ilan edilerek tahta geçirilmiştir. Şehzade Bayezid, İstanbul'a gelir gelmez devlet yönetimini resmen devralmıştır.

Cem Sultan, dört yaşına kadar sarayda murebbiler tarafından eğitilmiştir. Kastamonu sancakbeyliğinin yanı sıra devrin alimlerinden Farsça ve Arapça dersleri almıştır. Konya'da Lala'sı Gedik Ahmet Paşa, hocası Mevlana Turabi ile eğitim almaktaydı. Hocaları arasında Hatibzade Nasuh Bey, Frenk Süleyman Bey, Celal Bey ve şair Şahidi bulunmaktaydı. Bu hocalar, Cem Sultan'ın iyi bir eğitim almasını sağlamıştır.

Fatih Sultan Mehmet'in İstanbul'u fethetmesiyle başlayan yeni çağ, onun ilim ve irfan ordusuyla serdar olarak geçirdiği dönemi işaret eder. Fatih'in Mustafa ve Bayezid adlı iki oğlu vardı. Rivayete göre, Fatih'ten ve ordusundan 40 gün kadar haber alınamamış, bu süre zarfında bazı kişiler Cem Sultan'ı kışkırtarak tahta çıkmasını sağlamaya çalışmışlardır. Ancak Fatih Sultan Mehmet geri döndüğünde bu durumu öğrenmiş ve Cem Sultan'ı cezalandırmak yerine sancakbeyliğine geri göndermiştir. Onu kışkırtanlar ise idam edilmiştir.

Fatih'in vefatından sonra oğulları II. Bayezid ve Cem Sultan arasında taht kavgaları başlamıştır. Cem Sultan, Bayezid'e yenilmiş ve Mısır'daki Memlük devletine sığınmıştır. Bir süre sonra tekrar Anadolu'ya gelen Cem Sultan, aynı taht mücadelesine girişmiş, fakat başarısız olmuştur. Bu kez Rodos adalarına kaçıp, burada Saint Jean Şövalyelerine sığınmıştır. Şövalyeler, Cem'i Papa'ya teslim etmiş ve daha sonra Fransa'ya göndermiştir. Cem Sultan, burada hayatını kaybetmiştir.

Cem Sultan, 1495 yılında Papa'nın esiriyken ölmüştür. Fatih Sultan Mehmet'in küçük oğlu olan Cem Sultan, abisine karşı gelip savaşı kaybedince Rodos Şövalyelerine sığınmış, daha sonra Papa'nın eline geçmiştir. 1495 yılında traş olurken zehirli bir jilet ile zehirlenerek öldürülmüştür. Ölümü üzerine, bunu II. Bayezid'in Papa ile birlikte yaptırdığı rivayet edilmektedir. Daha sonra cenazesi Bursa'ya getirilip burada defnedilmiştir.