Родился 23.09.1215. Второй сын Толуя и Сорхахтани-бэки, внук Чингисхана. Его мать была христианкой несторианской церкви, она была племянницей Ван-хана, который одно время был сюзереном Чингисхана (тогда носившим имя Тэмуджин).

Хубилай начал свой путь полководца в войске брата Мункэ, который, став великим ханом в 1251, отдал в управление Хубилаю все завоёванные территории Северного Китая. Когда на следующий год Мункэ решил подчинить себе весь Китай и вступил в войну с правящей на Юге династией Сун, он поручил Хубилаю возглавить операцию по вторжению в юго-западные пределы Китая.

В начале 1252 войско Хубилая совместно с отрядами Уриангадая (сына военачальника Чингисхана — Субэдая) форсировало реку Хуанхэ и устремилось в провинции Шэньси и Сычуань. К январю 1253 оно встало у стен города Дали, столицы провинции Юньнань, в то время независимого Тайского царства. После захвата города и пленения правителя Юньнани Хубилай направил Уриангадая в поход на юго-запад, а сам вернулся в Северный Китай.

Три года спустя после отступления Хубилая из Юньнани (1254) его военачальник Уриангадай вторгся в царство Аннам (Сев. Вьетнам) и захватил город Ханой. В 1258 властитель этого государства признал себя вассалом Хубилая. Тем не менее вассальная верность Аннама вызывала сильные сомнения. Когда Хубилай направил своего сына Тогана через аннамскую территорию на подмогу своему военачальнику Согету, который вёл нелёгкую войну в джунглях государства Тямпа (Южный Вьетнам), аннамцы воспрепятствовали продвижению Тогана. Когда Тоган в сражениях прокладывал себе путь через Аннам, к нему присоединился отступавший с юга Согету. Последний, однако, был разгромлен аннамскими войсками и погиб, а Тоган с трудом нашёл спасение на территории Китая.

Стороны заключили нелёгкий мир: властители Аннама и Тямпы согласились остаться данниками Хубилая при условии ухода монгольского войска, но вскоре последовало новое вторжение монголов в Аннам, прерванное только смертью Хубилая в 1294.

Перед основным походом на земли Сунской империи Хубилай основал город Кайпин, предназначавшийся поначалу для новой столицы его брата Мункэ, но впоследствии ставший его собственной летней резиденцией. Впоследствии город был назван Шанду, или "Верхняя столица".

Полномасштабное нападение на Сунскую империю было совершено осенью 1258. Оставив своего младшего брата Ариг-Бугу править вместо себя в монгольской столице — Каракоруме, Мункэ устремился со своей основной армией через Шэньси в Сычуань, в то время как две другие армии под командованием Хубилая вышли через Хубэй к реке Янцзы. К весне 1259 Мункэ овладел всей северной Сычуанью и осадил город Хэчуань на реке Цзялин. Осада продолжалась до августа, когда Мункэ погиб под стенами города, а его войска отошли на север.

Известие о смерти Мункэ застало Хубилая у реки Янцзы, когда его войско приближалось к городу Учану в провинции Хубэй. Донесения из Каракорума о том, что Ариг-Буга собирается занять трон, заставили Хубилая заключить мир с Сунской династией и вернуться на север. Хубилай провёл зиму в Яньцзине (совр. Пекин) и в апреле 1260 прибыл в Кайпин. Здесь на курултае он был провозглашён великим ханом.

Ариг-Буга на курултае, собранном в Каракоруме, был также провозглашён великим ханом, и между братьями вспыхнула война за власть. В 1261 на юге от Каракорума произошли два сражения. В первом Хубилай одержал победу, но второе не дало решительного исхода, и Ариг-Буга с переменным успехом продолжал борьбу до 1264, когда он всё же был вынужден сложить оружие, а два года спустя умер в заточении.

Поскольку другой его брат, Хулагу, в это время завоевал Багдад и Дамаск, Хубилай смог возобновить войну с Сунской империей. Военные действия начались с осады мощной крепости города Сианъяна в провинции Хубэй, продолжавшейся с 1267 по 1273. В 1275 монгольское войско под командованием самого выдающегося военачальника Хубилая, "стоглазого" Баяна, перешла Янцзы и овладела всеми городами в долине этой реки от Ханьяна до Нанкина. В феврале 1276 пала столица Сунской империи — Ханчжоу. Молодой император был привезён к Хубилаю, который милостиво обошёлся со своим пленником.

Сопротивление сунских войск, однако, продолжалось на юге и было подавлено лишь в 1279 после падения Кантона и поражения китайского флота возле острова Яйшань, на западе от современного Макао. С разгромом Сунской империи Хубилай стал хозяином всего Китая, который он уже давно считал своей второй родиной.

Ещё в 1260, став великим ханом, он перенёс столицу своего государства из Каракорума в Яньцзин, монгольское название которого — Ханбалык или "Ханский город" (позже переименован в Пекин). В 1271 Хубилай провозгласил себя основателем династии Юань — двадцатой официальной императорской династии Китая.

Корея платила монголам дань с 1217. С помощью этого государства и его властителя Хубилай в период с 1267 по 1273 сделал несколько попыток установить связи с Японией, а затем завоевать её. Из Кореи он предпринял два морских похода против японцев. Первый (в 1274) был скорее разведывательным рейдом, но в 1284 огромная флотилия доставила на японский архипелаг 150-тыс. войско. Однако неожиданный тайфун (известный в японской истории под названием "камикадзе", или "божественный ветер") разметал корабли, и все завоеватели, вплоть до последнего бойца, были перебиты или взяты в плен.

Раздосадованный этой катастрофой, Хубилай начал масштабные приготовления к третьему вторжению, но события, произошедшие в 1286 в Индокитае, вынудили его отказаться от этого предприятия.

Из Юньнани армии Хубилая проникли на запад, в государство Мянь (Бирма). Первое вооружённое столкновение произошло в 1277, когда монголы захватили пути, ведущие в Бхамо и долину Иравади. Полномасштабная военная операция, осуществлённая в 1283-1284, сделала их хозяевами всей северной части страны. Бирманская столица город Паган была взята, царь государства Мянь бежал. Его убийство, совершённое в 1287 одним из его сыновей, стало поводом для нового вторжения в эту страну, и Бирма вновь стала данником великого хана.

Последним из южных походов Хубилая стала экспедиция на остров Ява. В 1293 20-тыс. войско, отправившееся морем из Цюаньчжоу (совр. провинция Фуцзянь), разбило силы правителя Восточной Явы и захватило его столицу, но вскоре, атакованное отрядами другого вождя, было вынуждено отступить.

Ведя военные кампании на южных границах империи, Хубилай был вынужден оборонять северную границу. Едва он успел расправиться со своим мятежным братом Ариг-Бугой, как у него возник куда более серьёзный соперник в лице Хайду, внука великого хана Угэдэя, унаследовавшего от деда владения на севере современного Казахстана. Хайду, считавший себя главой дома Угэдэев, чья власть была узурпирована домом Толуев (откуда происходил Хубилай), сначала напал на Барака (1267-1269), которого Хубилай сделал правителем Шагатайского ханства в Средней Азии.

Захватив восточную часть владений Барака и превратив его в своего вассала, Хайду стал продвигаться к Каракоруму. Перед лицом новой угрозы Хубилай в 1275 перебросил армию своего сына Номогана в район современного города Инина на севере Синьцзяна. Однако после измены нескольких ханов, состоявших в его войске, Номоган был захвачен и привезён к союзнику Хайду, Мэнге-Тэмуру, правителю Золотой Орды, а Кайду в 1277 подступил к Каракоруму.

Для отражения этой угрозы на север было направлено войско Баяна, недавнего победителя Сунской империи. Отброшенный назад в свои владения, Хайду был вынужден ждать своего часа до тех пор, пока в 1287 восстание нескольких монгольских князей в Маньчжурии (прежде всего Наяна, потомка одного из братьев Чингисхана) не помогло ему повторить нападение. В район Каракорума был выдвинут Баян, а сам Хубилай направился со своим войском в Маньчжурию. Наян был разбит, захвачен в плен и в 1288 казнён, а подавление маньчжурского мятежа было завершено внуком и будущим преемником Хубилая, Тэмуром Олджэйту.

Обескураженный таким поворотом событий, Хайду воздержался от столкновения с Байаном и отвёл свои силы на запад, за Хангайское нагорье. В 1289 он вновь перешёл через Хангай и напал на хана Камалу, внука Хубилая, правившего в Каракоруме. На этот раз великий хан, которому исполнилось 74 года, не ограничился направлением туда Баяна, а сам встал во главе войска. Хайду тотчас же отступил. Баян остался в Каракоруме и в 1293 нанёс Хайду ещё одно поражение.

Тем не менее Хайду пережил и Баяна, и его повелителя, Хубилая. Хубилай умер 18.02.1294, Баян скончался менее чем через год после него. В 1301, проиграв крупное сражение Тэмуру Олджэйту, Хайду погиб во время отступления.

С 1275 по 1290 при дворе Хубилая жил венецианский купец и путешественник Марко Поло (1254-1324), который в своей знаменитой "Книге о разнообразии мира" привёл много географических сведенияй о Китае, описал обычаи ханского двора, а также повседневную жизнь китайцев, упоминая использование бумажных денег, типичные ремёсла и кулинарные традиции различных областей.

Основанная Хубилаем династия Юань просуществовала да 1368, когда она пала под натиском войск повстанцев во главе с Чжу Юаньчжаном, образовавшим династию Мин.

В делах внутреннего управления Хубилай отличался мудростью. Им был введён целый ряд полезных реформ и улучшений. В 1291 он разделил всю империю на 12 провинций. Он оказывал покровительство буддизму, который сделал в Китае громадные успехи, а также буддийским проповедникам и учёным, которые пользовались большим почётом и значительными льготами.

Хубилай не забывал своего монгольского происхождения, ввёл монгольский язык в делопроизводство Китая, поручил буддийскому ученому Пагба-ламе изобрести особый алфавит, получивший название, по форме букв, квадратного письма и служивший государственным письмом для языков империи, в первую очередь для монгольского во время царствования в Китае династии Юань.

В китайской истории Хубилай известен под посмертным династийным именем Ши-цзу (кит. "Основатель династии").

У Хубилая было 4 ставки (орду), каждой из которых управляла старшая жена, которой подчинялись младшие жёны и наложницы.