早年时期
至元二十二年(1285年)，皇太子真金去世。按照嫡长子继位的传统观念，元世祖忽必烈把希望寄托在真金之子铁穆耳身上。
至元二十四年(1287年)，诸王叛乱，忽必烈派铁穆耳统兵讨伐叛王哈丹。
镇守漠北
至元三十年(1293年)六月，受皇太子宝，接着忽必烈又派他镇守蒙古汗国故都哈剌和林(今蒙古国后杭爱省额尔德尼召北)，掌管北方防务。同时派开国四杰之一博尔术之孙、御史大夫玉昔贴木儿做他的助手。在玉昔贴木儿请求之下，忽必烈将原来属于真金的印玺皇太子宝授给铁穆耳，间接表明了传位给他的意图。此外，在忽必烈的督促下，铁穆耳戒了酒。铁穆耳在东北与和林的经历，使他与精锐的北方驻军结下了特殊关系。这一关系成为他和他的后裔登上帝位的重要保证。
至元三十一年(1294年)农历正月二十二日，元世祖忽必烈逝世。四月十四日，铁穆耳从和林到达上都(今内蒙古多伦东北)，在重臣昔贴木儿的支持下，由宗室诸王会议推立为帝。
在位时期
大德三年(1299年)派江浙释教总统僧人宁一山出使日本，恢复了两国间的正常贸易和文化往来。但是，成宗后期曾一度用兵西南。
大德四年(1300年)底，身在云南的行省左丞刘深好利生事，上奏道：“世祖以神武混壹海内，功盖万世。皇帝继位以来，未有武功以彰显神武天资，西南夷有八百媳妇国未奉大元正朔，请允许为臣我为陛下征之。”成宗发兵两万出征八百媳妇国(今泰国北部、缅甸东北部，治京泰国清迈)。元成宗本也想“开边”弄出件大功青史留名，因而“用兵意甚坚”。
大德五年(1301年)正月，元廷发钞近十万锭，作为军费支持用兵。又因金齿(今中国云南西部和缅甸腊戍一带)诸国阻击元朝的征缅归师，下诏计伐金齿诸国。后因出征八百媳妇国之元军损失惨重，成宗才决心不再对西南用兵。也就在这时，成宗达成了与笃哇、察八儿等西北诸王的和解，延续几十年的西北战乱得以平息。
大德六年(1302年)，江南朱清等贪污贿赂案被揭发出来，牵连了一大批官员，促使成宗再一次下决心查处贪污官员。当年仅七道奉使宣抚官查处罢免的贪官污吏就有18473人之多，查出赃款15865锭，审理冤案5176件。
大德八年(1304年)，成宗下令天下官员体恤民情，减省刑罚，免除灾民差税一至三年不等。鉴于江南佃户田租过重，在过去减过十分之三的基础上再减十分之二，且永为定例。同时开放山场、河泊、任民采捕。
大德九年(1305年)六月，成宗立子德寿为皇太子。十月，成宗患病，不能视朝，由皇后伯要真氏执政。朝中大事委于右丞相哈剌答孙。十二月，皇太子病逝。
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