Cárdenas Solórzano nació en la Ciudad de México el 1 de mayo de 1931 y recibió su nombre del último emperador azteca, Cuauhtémoc. Es el único hijo de Lázaro Cárdenas y Amalia Solórzano. Cuando tenía siete meses de edad, su padre fue investido Presidente de México. Estudió en el Colegio Williams, una escuela de inglés secular privada para niños que tiene un plan de estudios académico riguroso. La escuela está ubicada en la antigua mansión del ministro de finanzas de Porfirio Díaz, José Yves Limantour. Un alumno describió la educación allí como cultivar » el cuerpo como fuente de energía y lucha. Era una energía destinada a producir animales de presa activos e inteligentes. virtudes masculinas adoradas como la tenacidad, la fuerza, la lealtad y la agresión.»
Cuauhtémoc Cárdenas a menudo sirvió como ayudante de campo de su padre en años posteriores, cuando el ex presidente siguió siendo una poderosa figura política. Lázaro Cárdenas se mantuvo activo en la política del Partido Revolucionario Institucional, y, con son Cuauhtémoc, trató de mover al partido a una postura más izquierdista. Ambos participaron activamente en el Movimiento de Liberación Nacional (MLN), que buscaba apoyo internacional para Cuba después de su revolución de 1959, así como para afectar la política interna en México, en particular la necesidad de democracia en el PRI y la descentralización del poder.
Cuauhtémoc Cárdenas se desempeñó como senador por el estado de Michoacán de 1974 a 1980 y como gobernador de ese mismo estado de 1980 a 1986. Ganó las elecciones para estos dos cargos como miembro del entonces gobernante Partido Revolucionario Institucional.
Cuando el presidente Miguel de la Madrid, un centrista que inició cambios de política en México que liberalizaron su economía, designó a su sucesor presidencial como Carlos Salinas de Gortari, otro tecnócrata con tendencias de centro-derecha, izquierdistas y otros elementos dentro del PRI formaron una «corriente democrática».»Exigieron democracia y un retorno a una postura más moderada y anti-privatización por parte del PRI. Cárdenas y Porfirio Muñoz Ledo lideraron esta corriente. Había una regla informal dentro del PRI llamada «el dedazo», el derecho exclusivo y no escrito del presidente en ejercicio de designar a su sucesor. (La expresión se refería a la acción de señalar con el dedo al sucesor. Con la designación de Salinas como candidato oficial, la corriente demócrata fue expulsada del PRI. En una entrevista con el historiador Enrique Krauze, De la Madrid dijo: «en lo que a mí respecta, ¡déjenlos ir! Que formen otro grupo.»Era demasiado tarde para formar un nuevo partido antes de las elecciones de julio de 1988, pero una coalición de pequeños partidos de izquierda, el Frente Democrático Nacional, apoyó a Cárdenas como su candidato.
El 6 de julio de 1988, el día de las elecciones, se produjo un apagado del sistema del IBM AS/400 que el gobierno estaba utilizando para contar los votos. El gobierno simplemente declaró que se cayó el sistema, para referirse al incidente. Cuando finalmente se restauró el sistema, Carlos Salinas fue declarado ganador oficial. Las elecciones se volvieron extremadamente controvertidas, y aunque algunos declaran que Salinas ganó legalmente, la expresión se cayó el sistema se convirtió en un eufemismo coloquial para el fraude electoral. Fue la primera vez en 59 años, desde la creación del PRI hasta ese momento (1929-1988), que la victoria de ese partido en la presidencia estaba en duda, y los ciudadanos de México se dieron cuenta de que el PRI podía perder. La evaluación del historiador Enrique Krauze es que » una orden de México habría hecho arder a México. Pero tal vez en memoria de su padre, el misionero general, un hombre de fuertes convicciones pero no un hombre de violencia, hizo un gran servicio al país ahorrándole una posible guerra civil.»
Al año siguiente (5 de mayo de 1989), Cárdenas y otros destacados políticos priístas de centro izquierda, incluido Francisco Arellano-Belloc, fundaron formalmente el Partido de la Revolución Democrática (PRD). Fue elegido el primer presidente del PRD, sin oposición, y tuvo una gran influencia en la composición de la Junta Ejecutiva. El partido tenía la expectativa de que Cárdenas haría otra carrera para la presidencia en 1994 y fue el candidato de este nuevo partido en las elecciones presidenciales de 1994. Quedó tercero, por detrás de los candidatos del PRI y el PAN, con el 17% de los votos nacionales. Ese año electoral fue tumultuoso, con la rebelión del Ejército Zapatista de Liberación Nacional en Chiapas a partir del 1 de enero, el asesinato del candidato priísta Luis Donaldo Colosio en marzo y su reemplazo como candidato presidencial por Ernesto Zedillo. La pobre actuación de Cárdenas en las urnas puede reflejar el deseo del público mexicano de estabilidad a través del partido gobernante que por mucho tiempo permanece en el cargo. En la evaluación de Enrique Krauze, » los acontecimientos en Chiapas probablemente le costaron al PRD y a su candidato, Cuauhtémoc Cárdenas—quien no tuvo participación en el levantamiento zapatista—los votos de muchos mexicanos inquietos por el regreso del pasado.»A pesar de los resultados electorales del PRD, fueron parte de las negociaciones de 1996 entre el PRI y el conservador Partido Acción Nacional (PAN) sobre la reforma institucional.
En 1995, Cárdenas jugó un papel en las negociaciones de paz con los zapatistas. En 1996, el PRD estaba eligiendo a un nuevo presidente del partido, el aliado de Cárdenas, Andrés Manuel López Obrador, que fue más allá y buscó una alianza política con los zapatistas.
En 1997, fue el candidato del PRD para el recién creado puesto de Jefe de Gobierno del Distrito Federal, un papel que se encuentra en algún lugar entre el de alcalde de la Ciudad de México y una gobernación estatal. Ganó esta elección, celebrada el 6 de julio de 1997, con una participación del 47,7% del voto popular.
Renunció en 1999 (y fue sucedido por una de sus aliadas, Rosario Robles), para postularse nuevamente a la presidencia en 2000, en la que nuevamente quedó tercero, con una participación del 17%, con el PRI perdiendo la elección ante Vicente Fox, candidato del PAN
El 25 de noviembre de 2014, Cárdenas anunció que abandonaba el PRD. Había sido un miembro veterano del PRD, y era considerado el «líder moral» de este partido. Muchos en México ven su salida del PRD como un producto de la lucha interna del partido y la creciente crisis de identidad.