公主的生年不详,在父亲刘启为太子时(前180年至前157年)出生。此时生母王氏仅是太子妾室,公主是她与刘启生的第一个孩子。前157年,父亲刘启登基为帝,大约在此时她获得正式的封号——阳信公主。阳信公主因嫁给曹参的曾孙平阳侯曹时(又称曹寿),被称为平阳公主。在景帝四年(前154年),曹时就已继承了平阳侯爵位,而两人成婚的时间已经不可考。曹时有一子曹襄,是否为平阳公主所生,已不可考。
其弟刘彻即位之初,数年无子,皇后陈氏也一直没有生子。于是平阳公主在家中安排良家子女十余人。建元二年春(前139年)武帝路过平阳公主家时,家中的讴者卫子夫被武帝看中所幸。公主由此获赐金千斤。卫子夫上车入宫时,公主拊其背说:“行矣,强饭,勉之!即贵,无相忘。”
元光四年(前131年)曹时逝世。根据史书推断,公主应该在此后嫁给了汝阴侯夏侯颇,两人何时成婚已无法考证。元鼎二年(前115年),夏侯颇因与父亲的御婢通奸有罪而自杀。就在同一年,曹襄逝世。曹襄生前所娶的卫长公主就是汉武帝和卫子夫之女。
后来寡居的公主与左右商议长安城中的列侯谁可以成为丈夫的人选。左右皆言卫青可以,公主笑道:“此出吾家,常使令骑从我出入耳,柰何用为夫乎?”左右又说:“今大将军姊为皇后,三子为侯,富贵振动天下,主何以易之乎?”于是公主同意了这门婚事,向皇后卫子夫说明。告之武帝,下诏卫青与平阳公主成婚。《汉书》记公主与曹时离异再嫁卫青。从《史记》所述的“三子为侯”推断,公主与大将军卫青成婚的时间至少在元朔五年(前124年)后。
元鼎六年(前111年),李延年因擅长音乐得到武帝的接见。一日李延年为武帝献歌,歌曰:“北方有佳人,绝世而独立,一顾倾人城,再顾倾人国。宁不知倾城与倾国,佳人难再得!”武帝听后叹息道:“善!世岂有此人乎?”。平阳公主于是推荐了李延年的妹妹,就是后来受到武帝宠爱的李夫人。
其后,再没有关于平阳公主的记载。前106年,卫青逝世,与公主合葬。两人谁先逝世,已不可考。西汉的合葬制是不同墓,据现在考证,平阳公主的墓冢在卫青的庐山冢东侧处1300米,当地人称‘羊头冢’