武三思，是武元庆的儿子。在武则天当太后时，接连升官为夏官、春官尚书，监修国史，封爵为王。契丹攻陷营州，武三思任榆关道安抚大使屯守边陲。
回京师后，授官同凤阁鸾台三品，一个月后免官。又检校内史，罢为太子少保，后改任太子宾客，仍监修国史。
武三思生性乖巧，会说好听的话，善于迎合主上的心意，所以武后颇为信任，多次到他的家里去，赏赐甚厚。当时薛怀义、张易之、张昌宗正迷惑武后受到特别宠幸，武三思能屈节侍奉他们，为薛怀义牵马，盛赞张昌宗，说他是仙人王子晋的后身，还引导公卿朝士歌咏淫污，面见然人面，实为禽兽，竟不以为耻。武后年纪大了，不喜欢住在深宫。武三思想借机揽权，就诱骗胁迫一批小人在嵩山上营建三阳宫、在万寿山上营建兴泰宫，请太后每年临幸消遣，他自己则与张易之、张昌宗扈从驰骋，作威作福。两处宫殿役使的工人及所费资财都达万万，百姓怨叹。
三思之子武崇训娶安乐公主为妻，武三思辅政，中宗居于东宫。为表示恩宠，便令崇训行亲迎礼。宰相李峤、苏味道等人及沈亻全期、宋之问等一批名士都撰文写诗献入，满纸称颂，全无礼法。中宗复位后，提拔武崇训为驸马都尉、太常卿、兼左卫将军。武三思则晋位司空、同中书门下三品，加实封五百户。武三思再三推辞，便进为开府仪同三司。正遇随例降封，便裁减实封户。不久，以太后的遗诏还归所减的实封户，封武崇训为镐国公。
当初，桓彦范等诛杀二张，薛季昶、刘幽求劝他一并诛杀武三思等人，桓彦范不听劝告。第二天，武三思因韦后的关系潜入宫中，挑唆离间，不几天工夫，桓彦范等人都失了权柄，原被他们斥官的人全都回来了。皇帝还诏令群臣再次遵循太后时的法规。武三思建议：“帝(高宗)封泰山，则天皇后建明堂，封嵩山，二圣之美德不可废置。”皇帝认为他的话对，将五个县改名为乾封、合宫、永昌、登封、告成。第二年春，天大旱，皇帝派武三思、武攸暨去乾陵祈祷求雨，正好天降雨了，皇帝很高兴。武三思又领头请求恢复崇恩庙及昊、顺二陵，并均置令丞。其党羽郑忄音还献《圣感颂》，皇帝并为之刻石。补阙张景源建议：“母子承继，不可说是中兴，所下的制书中应将中兴二字除去。”于是天下各祠改为应兴、龙兴。补阙权若讷又说“：制诏应按照贞观时的旧例，太后的遗训是为人母的仪则；太宗的旧则，是祖上的德制。沿袭旧制应从近者开始。”皇帝嘉奖同意。这时，在帝苑里筑了..场，诏令文武三品官自愿分边赛..，皇帝与皇后来观赛。武崇训与驸马都尉杨慎交用脂膏筑..场，使其光泽，用工用钱耗费甚多，百姓不胜其苦。
武三思既与韦后通奸，又与上官昭容淫乱，内心忌恨节愍太子重俊，即与韦后等商议废掉他。太子知道后很害怕，于是调动羽林兵包围了武三思的家，将武三思与武崇训杀了，他们的党羽十多人也一并杀死。
当时，人们忌恨武三思的奸乱宫廷、阴谋窃国，将他比为司马懿。武三思特别仇视正义之人，千方百计阻止他们说话。他曾说“：我不知道什么样的人能叫作好人，凡是顺从我的人大概就是好人。”武三思与宗楚客兄弟、纪处讷、崔..、甘元柬等人狼狈为奸，王同皎、周憬、张仲之等人不胜愤恨，打算杀掉武三思，被冉祖雍、宋之孙心、李悛告发，都惨遭杀害。并牵连到敬晖、桓彦范、张柬之、袁恕己、崔玄日韦等五人，崔..派周利贞将他们杀害。所以冉祖雍、李悛、宋之孙心、周利贞及御史姚绍之等五人，时人称之为“三思五狗”，司农少卿赵履温、中书舍人郑忄音、长安令马构、司勋郎中崔日用、监察御史李忄曳，倚仗武三思，在朝廷内外均炙手可热，甚至干预朝政。当时天下人都说：“崔、冉、郑，乱时政。”他们都以赏官封爵自相树威，凡诬造大案，定要诬陷善良的人，直至迫害其宗族，天下为之震惊。以前，韦月将、高轸上疏，痛陈武三思的罪恶，有司将韦月将杀死，贬高轸到荒远之地。黄门侍郎宋瞡执掌奏书，不久就将他斥为外职。武三思的权柄之大可见一斑。
武三思死后，皇帝还为之举哀，废朝五天。追赠为太尉，再封梁王，封谥为宣。追封武崇训为鲁王，赐谥为忠。安乐公主将节愍太子的头来祭奠武三思的灵柩。睿宗即位，认为武三思父子都是奸逆之臣，斫开棺材，暴尸于众，夷平坟墓。