Cem Sultan 1459 yılında Edirne sarayında doğdu. Babası Fatih Sultan Mehmet annesi Çiçek Hatun'dur. İlk terbiyesini saraya hocalarından aldı. Beş yaşına gelince, bir hocaya verilerek Kastamonu sancakbeyliğine gönderildi. Eğitim ve öğrenimine burada da devam etti. Fatih Sultan Mehmet, büyük oğlu Mustafa'nın vefatı üzerine (1474) Cem'i Karaman eyaletine gönderdi.
1473'de Fatih Sultan Mehmed Uzun Hasan'ın üzerine doğu seferine gitti. Büyük şehzadeleri olan Şehzade Mustafa ve Sehzade Bayezid'i yanında götürdü. Cem'i lalaları ile geride Edirne Sarayı'nda kaymakam olarak bıraktı. O zamanlara sarayda iç oğlanı olan ve sonradan vatanı İtalya'ya dönerek hatıratını yazan Vicenza'li Angiolello bu dönem olaylarını hatıralarına geçirmiştir. Bu anılara göre Anadolu'ya geçen Fatih Sultan Mehmed'den Edirne'ye 40 gün kadar hiç haber gelmemişti.
Bunu Sultan'ın başına gelen bir felaket olarak yorumlayan Şehzade'nin iki lalası onu sultan olarak ilan ederek saray halkının ona biat etmesini sağladılar. Fakat Fatih Sultan Mehmed bu seferde galip olarak geri dönüp bu olayı öğrenince çok sinirlendi. Şehzade'nin lalalarını (Süleyman ve Nasuh çelebileri) idam ettirdi. Fatih Sultan Mehmed'in bu olayı ciddi olan bir saray komplosu olarak görmesi mümkündü. Fakat belki de kendi gençliğinde babası II. Murad'ın kendine sultanlığı devrinden sonra ki bir Melami şeyhine inanarak yaptığı hareketleri hatırlayarak, sonraki kararlarından bir toy, genç şehzadenin kandırılarak da bir yakışıksız hareket olarak gördüğü düşünülmesi çok olasıdır. Çünkü ertesi yıl Konya'da valiyken ölen Şehzade Mustafa'nın yerine Şehzade Cem'i Konya vali olarak atadı.
3 Mayıs 1481'de Fatih Sultan Mehmed'in ölümü üzerine Amasya'da bulunan Şehzade Bayezid ve Konya'da bulunan Cem Sultan'a sadrazam Karamani Mehmed Paşa tarafından ulaklar gönderildi. Ancak Cem Sultan'a gönderilen haberci, yolda Anadolu Beylerbeyi Sinan Paşa tarafından yakalandı. Cem Sultan, babasının vefatını dört gün sonra öğrenebildi. Bu olayların yaşanması üzerine yeniçeriler ayaklanıp Karamani Mehmed Paşa'yı öldürdüler (4 Mayıs 1481). Şehzade Bayezid'in, İstanbul'da bulunan oğlu Korkut'u saltanat naibi ilan ederek onu tahta çıkardılar.Cem Sultan, 25 Şubat 1495'de vefat etti. II. Bayezid, kardeşi Cem Sultan'ın naaşı için para vermeyi reddetti. Bunun üzerine Cem Sultan'ın naaşı uzun süre alıkonmuştur. 1499 senesinde II. Bayezid ilginç bir şekilde Cem Sultan'ın naaşı için Napoli'ye savaş ilan etti. Bunun üzerine Napoli Cem Sultan'ın naaşını bir gemiye yükleyerek Osmanlı'ya teslim etti. Şehzade Cem'in naaşı Bursa'da büyükbabası Sultan II. Murad'ın yaptırdığı caminin bahçesine kardeşi Şehzade Mustafa'nın yanına gömüldü.
Annesi ve çocuklarının ne oldukları da acıklıdır. Cem Sultan'in annesi Çicek Hatun oğlu Mısır'dayken onunla mektuplaştığı belgelenmiştir. Çicek Hatun Mısır'da 1495'de vebadan ölmüştür. Cem Sultan'in oğullarından olan Oğuz daha üç yaşındayken babası Fransa'ya götürüldüğü zaman 1482'de amcası II. Bayezid'in tarafından boğdurulması emredildiyse de zehirlenerek öldürüldü. Sultan Cem'in diğer oğlu Murad, Rodos'ta kalmış ve bağnaz muhitte vaftiz edilip Hristiyan olmuştur. Murad, kendi oğlu ile birlikte Kanuni Sultan Süleyman'ın Rodos kuşatmasında şövalyelerin yanında bulunmuştu. Rodos Osmanlı kuvvetleri tarafından ele geçirildikten sonra herkesin kaleyi serbestçe terk ettiği halde, Cem'in oğlu Murad ve torunu yakalandı ve fetihten sonra I. Süleyman'ın emriyle boğularak öldürüldü.
