22 Aralık 1459 tarihinde Edirne Sarayı'nda doğdu. Annesi Çiçek Hatun'dur. Dört yaşına geldiğinde çeşitli hocalardan dersler almaya başladı. Bu eğitim 10 yaşına kadar sarayda devam etti. Rumca dâhil bazı dilleri öğrendi.
10 yaşındayken Kastamonu Sancak Beyliği görevi ile saraydan ayrıldı. Yanında bulunan iki lalası (Süleyman Çelebi ve Nasuh Çelebi) ve bu şehrin kültürel ve eğitim kaynakları dolayısıyla bu görevde de eğitimine devam etti. Bunun yanında sancak beyliği olarak siyaset ve kamu idaresi konularında pratik bilgiler, tecrübeler ve yetenekler kazandı. Şehzade Cem için 1472'de İstanbul'da sünnet töreni yapıldı.
Doğu seferine çıktı
1473'te 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 sonraki 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.
Şehzadeler arası diyalog
3 Mayıs 1481'de Fatih Sultan Mehmed'in ölümü üzerine yeni padişahı belirlemek için Amasya'da bulunan en büyük şehzade Şehzade Bayezid'e ve Konya'da bulunan en küçük şehzade Şehzade Cem'e haberciler gönderildi. Veziriazam Karamanlı Mehmet Paşa, Şehzade Cem taraftarıydı ve bu yüzden sultanın vefatını bir süreliğine gizlemeye çalışmışsa da bunu başaramamıştı. Duruma kızan Yeniçeriler ayaklanıp sadrazam Karamanlı Mehmed Paşa'yı öldürdüler ve Şehzade Bayezid'in, İstanbul'da bulunan oğlu Korkut'u saltanat naibi ilan ederek onu tahta çıkardılar. Ancak Cem Sultan'a gönderilen haberci, yolda Şehzade Bayezid'in kayınbabası ve Anadolu Beylerbeyi olan Sinan Paşa tarafından yakalandı ve öldürülmesi neticesinde Cem Sultan haberi aldığında iş işten geçmiş, en büyük destekçisi sadrazam Karamanlı Mehmed Paşa da yeniçerilerin isyanıyla öldürülmüştü. Cem Sultan, babasının vefatını dört gün sonra öğrenebildi. Şehzade Bayezid, İstanbul'a varır varmaz devlet idaresini eline aldı.
Büyük mücadele
Cem Sultan, babasının meşhur Kanunnâme'sine koydurttuğu "Her kimseye evladımdan saltanat müyesser ola karındaşlarını nizam-ı âlem için katletmek münasiptir. Ekser ulemâ dahi bunu tecviz etmişlerdir..." hükmü gereği öldürüleceğinden emin olduğundan, Konya civarında topladığı bir miktar askerle Bursa'ya doğru ilerledi. Cem Sultan 4000 kadar askeriyle birlikte 27 Mayıs 1481'de İnegöl önlerine geldi. Sultan II. Bayezid, Ayas Paşa idaresindeki bir orduyu Cem Sultan'ın üzerine gönderdi. 28 Mayıs'ta yapılan muharebeyi kazanan Cem Sultan Bursa'da padişahlığını ilan etti. Kendi adına hutbe okutarak para bastırdı ve çeşitli fermanlar yayımladı. Bu saltanatı ancak yirmi gün sürdü. Sultan II. Bayezid'e gönderdiği arabulucularla, özellikle büyük halası Selçuk Sultan ile kendisinin Anadolu'da, Sultan Bayezid'in de Rumeli'de padişah olmasını ve Osmanlı topraklarını eşit olarak paylaşmayı teklif etti, kan dökülmemesini talep etmiş, Bayezid buna "Hükümdarlar arasında akrabalık yoktur." şeklindeki Arap atasözüyle karşılık vermişti.
Bundan sonra taraflar daha üstün ve avantajlı duruma sahip olabilmek için gayret gösterdi ve Sultan II. Bayezid, ordusuyla birlikte Cem Sultan'ın üzerine yürüdü. Yenişehir Ovası'nda 20 Haziran 1481 tarihinde yapılan savaşı kaybeden Cem Sultan, Konya'ya geldi. Ancak Gedik Ahmet Paşa komutasındaki kuvvetlerin takibi sürünce, Cem Sultan yanına ailesini de alarak Osmanlı topraklarını terk ederek Ramazanoğulları toprakları olan Adana'dan, Memlûk Sultanlığı toprakları olan Halep'e geçip Kahire'ye gitti. Memlüklü Sultanı Kayıtbay onu törenle karşıladı. Fakat Kayıtbay Cem Sultan'in aradığı askeri desteği vermedi. Cem Sultan oradan da Hac mevsiminde Hicaz'a gitti. Cem Sultan, hacca giden ilk Osmanoğlu'dur.
Rodos Şövalyeleri ile ittifakı
Rumeli'ye geçmek için de Rodos şövalyelerinin gemilerini kullanacaktı. Bu sırada Rodos şövalyelerinden Pierre d'Aubusson onu Rodos'a davet etti. Rodos'a gelindiğinde (30 Temmuz 1482) Saint Jean şövalyelerinin reisi d'Aubusson ile varılan anlaşmaya göre şövalyeler Cem Sultan'a yardım edecekler, karşılığında Rodos'tan alınan adalar geri verilecek, daimi bir sulh olacak ve masraflarına karşılık 150 bin altın alacaklardı. d'Aubusson bu anlaşmayı yaparken Avrupa kralları ve Papa'ya da mektuplar göndererek Cem'in Rodos'ta olduğunu, durumdan istifade ile bir haçlı ordusu meydana getirilmesini ve Türklerin Avrupa'dan çıkarılmasını teklif etmekteydi. Bu kıymetli rehinenin muhafaza edilmesi için de Fransa'nın uygun olduğunu müzakere etmekteydiler. Sultan Bayezid ise şövalyelere her yıl 45 bin düka altını vermek üzere bir anlaşma yaptı. Cem Sultan'ın Fransa'ya gönderilme kararı alınmasına rağmen hâlâ o, Rumeli'ye geçme planları yapmaktaydı. Rodos'tan Sicilya'ya oradan Nice Limanı'na gelindi ve bir süre kalındı.
Cem Sultan'ın Fransa'dan başka bir ülkenin eline geçmesini Osmanlı Devleti açısından sakıncalı gören Sultan II. Bayezid, Fransa'ya bir elçi göndererek Cem Sultan'ın Fransa'da tutulmasını istedi.
Dük ile dostluğu şövalyeleri rahatsız ettiğinden önce Lyon daha sonra da Pouêt adlı kaleye getirildi. Burada Sultan Bayezid'in elçisi Cem Sultan'la görüşmek istedi ise de, bu mümkün olmadı. Yeniden yapılan bir anlaşma ile Cem Sultan'ın Papa VIII. Innocentius'a teslim edilmesine karar verilince şehzade yeniden yollara düştü. Böylelikle Cem Sultan'ın Fransa macerası 6,5 yıl sürmüş oldu. Marsilya yolu ile Toulon'a oradan da 14 Mart 1489 günü Roma'ya gelerek Papa ile görüştü. Cem Sultan'ı kullanmak isteyenlerden birisi de Papa VIII. Innocentius idi. Papa, Cem Sultan'ı bahane ederek Osmanlılara karşı bir haçlı seferi düzenlenmesini istiyordu. Ancak bunda başarılı olamayınca Cem Sultan'a Hıristiyan olma teklifinde bulundu ancak Cem Sultan bunu kesinlikle reddetti. Cem Sultan'ın tek arzusu Mısır'da bıraktığı annesi ve çocuklarına kavuşmaktı. Ancak Papa'nın başka plânları vardı. Çeşitli tekliflerde bulundular. Cem Sultan bunları "din-i mübin-i İslâma ihanet edemeyeceği ve dinini cihan saltanatına değişmeyeceği" cevabıyla geri çevirdi.
Vaka olarak ortaya çıkış
Cem Sultan vakası Osmanlı tarihinde Yıldırım Bayezid'in Timur'un elinde esir düşüp, demir kafese hapsedilmesinden sonra ikinci büyük hadisedir. Rumeli'den tekrar Osmanlı topraklarına gelmek isteyen Cem Sultan, 14 yıl esir hayatı yaşadı. En son Papa'nın elinden Fransız Kralı tarafından kurtarılmış, ancak büyük bir ihtimalle zehirlendiği için bir hafta içinde yolda vefat etmiştir.
Cem Sultan'ın bakım masrafları için Papa, Sultan II. Bayezid'den yılda 40.000 altından fazla para kopartmayı başarmış, Cem Sultan'ı serbest bırakma tehditleriyle de Osmanlı fetihlerini durdurmuştu. Bu olay ileride Şehzade katli için de önemli bir mesnet teşkil etmiştir.
Cem Sultan, 25 Şubat 1495'te 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'te vebadan ölmüştür. Cem Sultan'in oğullarından olan Oğuz daha üç yaşındayken babası Fransa'ya götürüldüğü zaman 1482'de amcası II. Bayezid 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.