刘怀珍，字道玉，平原人士，西汉宗室胶东康王刘寄的后人。祖父刘昶，在刘宋武帝刘裕灭南燕平齐州后，被任命为青州治中，官至员外常侍。刘怀珍的伯父刘奉伯，在刘宋朝曾任陈、南顿二郡太守。
刘怀珍跟随刘奉伯到寿阳。当时豫州刺史赵伯符外出狩猎，城中百姓都跑去围观，唯独刘怀珍避而不视，刘奉伯以为奇说道：“这孩子将来一定能振兴我族门楣。”后来刘怀珍被任为本州主簿。
元嘉二十八年五月（451年，刘宋刘义隆年号）亡命之徒司马顺则在东阳聚集民众，占据梁邹城，自称齐王。州里派遣刘怀珍带数千人前往讨平了他们。刘义隆下召询问破敌的经过，刘怀珍谦让功劳，亲近之人奇怪他为什么这样做，刘怀珍说道：“当年国子尼（国渊，三国时期曹魏官吏）耻于谈及河间斩杀敌军人数（田银、苏伯在河间县谋反，兵败。国渊认为田银等人叛逆，对于魏国是一件耻辱的事，因此不报杀敌数量），我岂能把这平乱而来的胜利挂在嘴上呢！”当时人们都很称许他。
同月，江夏王刘义恭离京去镇守盱眙时，途中遇到刘怀珍，在交谈中对刘怀珍很器重，便要任他骠骑长兼墨曹行参军。不久刘怀珍任振武将军、长广太守。
孝建初年（刘骏年号），刘怀珍任刘义恭大司马参军、直阁将军。刘怀珍是北州的旧姓，家中蓄养了许多前来依附的人士，他便启禀刘骏愿意让一千个门生来充当朝廷的宿卫。刘骏大惊，召取青、冀一带豪门私附数千人来，士人因此都心怀不满。后来刘怀珍又随府转任太宰参军。
大明二年（458年），刘骏派遣殷孝祖在清水（济水下游）的东岸（滑台附近）建筑两座城池。北魏认为威胁到了它的南部边境，于是围攻泗口城，意图摧毁这两座城。青州刺史颜师伯向朝廷请求援兵。刘骏派刘怀珍率数千步骑前往，在麋沟湖与北魏交战，连破七座城池。战后，刘怀珍官拜建武将军、乐陵河间二郡太守，并被赐爵广晋县侯。
第二年，刘怀珍上启刘骏请求回都，刘骏说：“现在边防需要人才，不能批准你的请求。”
同年，竟陵王刘诞因遭受猜忌，起兵反叛，郡中豪民王弼劝刘怀珍响应刘诞，刘怀珍便把王弼斩了，并报告朝廷。刘骏听说此事后大为高兴，任刘怀珍为豫章王刘子尚的车骑参军，加龙骧将军。
泰始初年（465年，刘彧年号），刘彧的建康政权与刘子勋的义嘉政权争夺统治权，这是刘宋史上最大规模的内战。刘彧任刘怀珍为宁朔将军、东安东莞二郡太守，率领王敬则、姜产带五行步骑，协助刘勔前去征讨寿阳。
当时庐江太守王仲子逃向南方，义嘉政权派遣刘道蔚为庐江太守，并率五千人驻守建武涧，并筑三城。刘怀珍派遣麾下军主段僧爱率三百步骑冲杀过去，将刘道蔚斩杀。之后刘怀珍带领大军到达晋熙（安徽省太湖县中部偏南），义嘉政权的阎湛守城抵御，同时刘子勋派遣王仲虬带领一万余步兵前来支援。
刘怀珍派遣三千步骑袭击王仲虬，并在莫邪山取得大胜，随后进军寿阳。同时刘怀珍又派遣王敬则（详见
《王敬则篇》
）在横塘、死虎一带击破殷琰部将刘从等人及其四个堡垒，刘怀珍等乘胜向北追击，驻兵寿春的长罗门。
刘彧嘉赏刘怀珍的功勋，任他为羽林监、屯骑校尉，将军如故。刘怀珍请求先平定敌军，因此辞谢不受官职。当时建安王刘休仁在浓湖与敌军对峙不下，久而示决。刘彧下召让刘怀珍回来，拜他为前将军，加辅国将军，领军去青山协助攻击刘胡。事情平定后，刘怀珍被任命为游击将军，辅国将军仍旧。
泰始二年（466年），刘子勋在寻阳称帝，青州刺史沈文秀受薛安都之邀，不再理应建康政权，起兵响应刘子勋。刘彧让沈文秀的弟弟沈文炳去宣布圣旨，并让刘怀珍率三千人马与沈文炳同行。还没到青州，薛安都（详见
《薛安都篇》
）便投靠北魏，引来北魏的军队，徐、兖两地落入北魏之后。刘彧派去接引薛安都的张永、沈攸之在彭城被打得大败而逃。
于是刘彧勒令刘怀珍从盱眙自淮阴渡淮河救援张永等人。但是当时官军被北魏军队所追击，相继逃亡，刘怀珍不得不还师。
泰始三年（467年），刘彧勒令刘怀珍代镇山阳。之前刘彧派遣青州刺史明僧暠北征，明僧暠派遣将领在王城修筑壁垒，用来进逼沈文秀。沈文秀趁壁垒还没修筑好之时将其击破，还向明僧暠进攻。
刘彧派遣刘怀珍率领龙骧将军王广之带着五百骑兵，二千步兵沿海救援。到达东海时，明僧暠已经退保东莱（江苏省张家港市中部）。刘怀珍进据朐城（山东省东平县东），当时士气低迷，都惧怕沈文秀会打过来，有人想要退保郁州。刘怀珍对众人说：“你们都传说沈文秀贿赂胡人军队，作为外援，我看他们那些人，还不至于到这一步。齐地人士长期以来就很注重名节，如果他们的名声一传开，东莱很快就能拿下，怎么能允许阻止军队放慢行动停在这里呢？”
于是进军至黔陬（山东省胶州市区西南部、王吴水库西岸），元嘉政权高密、平昌二郡的太守溃走，刘怀珍传达朝廷旨意，把沈文炳送到，而沈文秀终究还是不服从命令，焚烧了城郭。百姓听闻刘怀珍到来，都感到喜悦。元嘉政权的长广太守刘桃根率领数千人守卫不其城，刘怀珍带着部队驻扎在洋水（今山东青州市南之南阳河），众人都说：“沈文秀如今在境内到处都派有骑兵游击，应该坚壁防守等待时机。”
刘怀珍说道：“现在我们人少粮少，我们紧缺而敌人坚固，正应该选拔精锐部队，杀他个措手不及。”于是派遣王广之领百余骑兵攻陷其城，刘桃根败走。元嘉东莱太守鞠延僧领数百人守城，并劫留了高丽来献礼的使者。刘怀珍又派遣宁朔将军明庆符与王广之前去攻击，并降服鞠延僧，派遣高丽使者拜访京城。
沈文秀听说所有的城都失陷了，于是派遣张灵硕请降，刘怀珍才还师。
同年秋季，北魏又入侵齐地，围攻历城、梁邹二城，游骑至东阳地区，骚扰百姓。冀州刺史崔道固、兖州刺史刘休宾告急。刘休宾是刘怀珍的从弟。朝廷任刘怀珍为持节、都督徐兖二州军事、辅国将军、平胡中郎将、徐州刺史，封艾县侯，督统水军，步军四十多万赶赴救援。当时二城失陷，才停止行军。
改授刘怀珍为宁朔将军、竟陵太守，转巴陵王征西司马，领南义阳太守。建平王刘景素主持荆州后，又迁任刘怀珍为右军司马，又迁任南郡太守，加宁朔将军。刘彧亲笔下诏刘怀珍说：“你性情忠直，我很信任，你在那里和少年共事，不要太考虑个人利益。刘景素这孩子还是不错的，不但能处理问题，也会把事情弄坏，你要经常谏说他。”
刘彧重病，又下诏对刘怀珍说：“你不应该继续任景素的僚佐，你的才能本来应予更大的委任，现在调你来参与二直卫的负责工作。”一直到刘彧病逝，刘怀珍便任安成王抚军司马，领南高平太守。
朝廷对桂阳王刘休范有疑备，中书舍人王道隆宣布圣旨，任命刘怀珍为冠军将军、豫章太守。刘怀珍说：“刘休范虽有起事的苗头，但他怎么敢起兵叛乱，如果他最终和朝廷为敌，我一定会根据律条消灭他。但现在要让我去到任，怕是逼着他起疑心而行动了！”因此坚决请求不去上任，于是任他为黄门郎、领虎贲中郎将、青州大中正。
元徽二年（474年，刘昱年号），刘休范起兵反叛，朝廷加任刘怀珍为前将军，守石头城（江苏南京市西清凉山上）。又任他为使持节、督豫、司二州、郢州之西陽军事、冠军将军、豫州刺史。
元徽四年（476年），刘景素起兵谋反，刘怀珍派遣儿子刘灵哲领兵赴京勤王。
升明元年（477年，刘准年号），刘怀珍进号征虏将军。
沈攸之在荆州拥兵自重，朝廷对沈攸之有了异心。刘怀珍派遣张护前往郢城（今湖北武昌城区蛇山），向萧赜表白自己的忠诚，并陈述对付沈攸之的计策。
同年十一月，沈攸之起兵谋反，大家都说沈攸之会沿着河流直下，刘怀珍则对僚佐说：“沈攸之一向骄躁自大，虐待楚人，他必将在中流一带设兵耀武，声称要劫持幼主，绝对不敢长驱而下来决胜负。”于是派遣刘灵哲带领数千兵马守卫京师。
派遣许天保去邀请刘怀珍，刘怀珍将许天保斩首，并把其首级送与萧道成。萧道成又将许天保的首级送给沈攸之，刘怀珍因此进号平南将军，增督南豫、北徐二州。
当初刘骏在世，萧道成是舍人（官职），刘怀珍是直阁，俩人早就相识。刘怀珍请假回青州，萧道成有匹白马，总是咬人，不能骑，便送给刘怀珍作告别。刘怀珍还礼萧道成一百匹绢。有人对刘怀珍说：“萧道成是因为这匹马不能骑才送给你的，你却还给他一百匹布，不觉得多了点嘛。”
刘怀珍说：“萧道成格局宏大，怎么会亏待送给他百绢的人？我正要把自己的身名交给他，岂能计较钱物的多少？”
升明元年，萧道成辅佐朝政时，考虑到刘怀珍任朝官的资本还不够。一直到升明二年，才调刘怀珍来京任都官尚书，领前军将军，让萧道成的第四子宁朔将军萧晃代理豫州刺史。有人疑虑刘怀珍不会接受代理，萧道成便说：“我还没有官职的时候，刘怀珍便对我一片赤诚，何况在今天，岂会有别的想法？”在萧晃出发一引起天后，这些疑虑的议论还没止息。
萧道成便派遣军主房灵民带领百余骑追送萧晃，并对房灵民说：“有人说刘怀珍一定会有不轨举动，但我对他一向信任，一定不会的。你和他是同乡，所以让你去，不仅是护送新刺史，也兼迎接旧刺史。”
刘怀珍回朝后，被授任相国右司马。
建元元年（479年，南齐萧道成年号），刘怀珍转任左卫将军，加给事中，改封霄城侯。
次年，加散骑常侍。
同年北魏侵犯淮、肥两地，朝廷任命刘怀珍以本官加平西将军，假节，率军西往驻扎在巢湖，给寿春作出援助之势，北魏见状退兵而归。
刘怀珍年老时，考虑到率领禁旅比较辛苦，请求任个闲职。于是转任为光禄大夫，常侍如故。到了冬季，北魏侵犯朐山（江苏连云港市西南锦屏山），朝廷又任命他为使持节、安北将军，本官仍旧，率兵前往救援。大军还没到达，战事就平息了，于是刘怀珍又解除了安北将军、持节。
建元四年（482年），刘怀珍病重，上表辞职，皇上特别下诏优待他，批准了他的请求，并考虑另行授予适当的职务。同年夏，刘怀珍病逝，时年六十三。
