Fatih Sultan Mehmet’in üç oğlunun en küçüğü olan Şehzade Cem Edirne’de doğdu. Annesi Çiçek Hatun’dur. Edirne sarayında aldığı dersler gelişiminde büyük katkı sağladı. 1469 yılında; on yaşına geldiğinde Kastamonu’ya vali olarak gönderildi. İlmî ve edebî eserler telif edecek kadar yüksek seviyede Arapça ve Farsçaya da hâkim olan Cem Sultan, Kastamonu’da âlim ve sanatçılardan oluşan bir çevre edindi. İlmî ve edebî yönünün yanında askerî ve siyasi yönünü de geliştirerek, ilim ve devlet erkânı tarafından Osmanlı tahtının varisi olarak görülmeğe başlandı. Otlukbeli Savaşı sırasında daha on iki yaşında iken babası II. Mehmet tarafından İstanbul’a naip olarak atanması askerî çevrelerde bu fikrin kuvvetlenmesine sebep oldu. Bu kanaat öylesine yaygın bir hâl aldı ki, savaş sırasında Osmanlı ordusunun kaybettiği ve Fatih’in esir düştüğü yönündeki söylentiler üzerine lalaları taht naibi olarak İstanbul’da bulunan Cem Sultan’a biat ettiler. Gerçekte Fatih’in savaşı kazanarak İstanbul’a dönmesiyle, bu biat lalaların sonu olurken, genç şehzadenin de babası tarafından azarlanmasına sebep oldu.
Cem Sultan, 1474 yılında ağabeyi Şehzade Mustafa’nın vefatı üzerine Konya valisi olarak atandı. Kastamonu’da olduğu gibi burada da ulema ve ümerayı çevresine toplayarak onların sevgi ve desteğini kazandı. Karamanoğlu Kasım Bey’le dostluk kurdu. Yaptığı imar ve iskân faaliyetleri ile halkın sevgisini kazandı.
Babası II. Mehmet tarafından Rodos şövalyeleri ile yapılan sulh görüşmelerine elçi olarak görevlendirildi (1479). Görüşmelerin sonuçsuz kalması üzerine aynı yıl Konya’ya döndü ve burada evlendi. Bu evliliğinden Oğuz Han adını verdiği bir erkek çocuk dünyaya geldi. Gerek Konya’daki başarılı yönetimi gerekse babası Fatih tarafından önemli görevlerin kendisine verilmesi ve kanunnamedeki elkabında veliaht sıfatının kullanılması, devlet ricali arasında Cem’in gelecekte Osmanlı tahtının varisi olduğu yönündeki düşünceleri güçlendiriyordu.
Cem Sultan’ın ikbali noktasında her şey yolunda giderken Fatih’in 3 Mayıs 1481’de ölümüyle işler aniden tersine döndü. Cem Sultan daha babasının ölüm haberini alamadan en büyük destekçisi olan Sadrazam Karamani Mehmet Paşa, başta İstanbul muhafızı İshak Paşa olmak üzere II. Bayezit’in damatları olan Rumeli Beylerbeyi Ahmet Paşa ile Anadolu Beylerbeyi Sinan Paşa’nın kışkırttığı yeniçeri asileri tarafından parçalanarak öldürüldü. Karamani Mehmet Paşa vefatından önce Fatih’in ölümünü haber vermek için hem Amasya’daki Bayezit’e hem de Konya’daki Cem’e ulaklar salmış idi. Cem’e giden ulaklar, İshak Paşa’nın adamları tarafından yolları kesilerek öldürüldü. Böylece Cem’den önce haberi alan Bayezit, 21 Mayıs 1481’de İstanbul’a gelerek tahta çıktı. Durumdan haberdar olan Cem Sultan Konya ve civarından topladığı Numan Bey komutasındaki 4.000 kişilik bir ordu ile Bursa’ya doğru harekete geçti. Bursa yakınlarında Bayezit’in gönderdiği Ayas Paşa komutasındaki kuvvetleri mağlup etti ve şehri ele geçirdi. 30 Mayıs 1481’de hâkimiyetini ilan ederek kendi adına para bastırıp hutbe okutan Cem Sultan, halası Selçuk Hatun aracılığı ile ağabeyine haber göndererek saltanatı üleşmeği teklif etti. Teklife göre Rumeli toprakları Bayezit’e, Anadolu toprakları Cem’e kalacaktı. Teklifi reddeden Bayezit, büyük bir orduyla Cem’in üzerine yürüdü. 20 Haziran 1481’de Yenişehir ovasında yapılan savaşı Bayezit kazandı. Bu yenilgide Osmanlı Devleti’nin güçlü ordusunun yanında savaşın başında Cem’in yanında yer alan lalası Astinoğlu Yakup Bey’le Karamanoğlu Kasım Bey’in saf değiştirmesinin etkisi büyük oldu. Aldığı ağır yenilgi sonucu canını zor kurtaran Cem, Eskişehir üzerinden dağlık arazileri geçerek yaralı bir vaziyette Konya’ya ulaştı. Ordusu dağılan savaş meydanında ihanete uğrayan Cem kardeşiyle baş edemeyeceğini anlayınca hac niyetiyle Kahire’ye gitmek üzere 28 Haziran 1481’de ailesini de yanına alarak Konya’dan ayrıldı. Cem’i samimi olarak çok seven Konya halkı şehirden ayrılışını gözyaşları içinde izledi. Uzun bir yolculuktan sonra 25 Eylül 1481’de Kahire’ye ulaşan Cem Sultan, Memluk hükümdarı Kayıtbay tarafından büyük bir ilgi ile karşılandı. Dört ay Kahire’de kaldıktan sonra hac mevsiminin gelmesiyle birlikte Hicaz’a gitti. Hac farizasını yerine getiren Cem, Kahire’ye dönüşünde Karamanoğlu Kasım Bey ve Ankara Beylerbeyi Mahmut Bey’den Anadolu askerlerinin kendisini beklediğini, Bayezit’ten yüz çeviren Anadolu askerlerinin ağabeyine karşı savaşmak için hazır olduğunu belirten kışkırtıcı mektuplar aldı. Cem Sultan önceleri bu mektuplara aldırış etmedi ve Bayezit’e bir mektup yazarak Anadolu’da ikamet etmek istediğini ve uygun bir yerin kendisine tahsis edilmesini istedi. Bayezit kardeşinin bu isteğine olumsuz cevap vererek Cem Sultan’a Kudüs-i Şerif’te ikamet etmesi koşuluyla yüklü bir maaş teklif etti. Bunun üzerine Karamanoğlunun ısrarlı davetini kabul eden Cem Sultan Kahire’den ayrılarak Anadolu’ya doğru harekete geçti. Halep ve Adana’da kendisine katılan Karamanoğlu ve Ramazanoğluna ait birliklerle 27 Mayıs 1482 Konya’ya ulaştı ve şehri kuşatma altına aldı. Kuşatma bir gün sürdü. Karaman Beylerbeyi Hadım Ali Paşa’nın gösterdiği başarılı savunmasına ağabeyi Bayezit’in iki yüz bin kişilik bir kuvvetle Konya’ya doğru ilerlediği haberinin de gelmesi üzerine kuşatmayı kaldırmak zorunda kalan Cem, Kasım Bey’le birlikte yönünü Ankara’ya çevirerek Ankara Kalesi’ni ele geçirdi. Ancak Bayezit’in ordularının Ankara’ya yaklaştığı haberi üzerine Ankara’dan da ayrılarak Akşehir’e yöneldi. Akşehir’de konakladığı menzilden ağabeyine elçiler yollayarak ikamet edeceği kadar toprak isteğini tekrarladı. Bayezit bu isteği kabul etmedi ve iyi bir maaşla Kudüs-i Şerif’te ikamet etme teklifini yeniledi. Cem bu öneriyi reddetti. Bunun üzerine Bayezit, Cem’den kesin olarak kurtulmaya karar verdi ve yakalanması için peşine süvariler taktı. Cem Sultan kendisini takip eden Hersek Paşa’nın kuvvetlerinden güçlükle kurtularak Taşeli’ne geldi. Burada tüm yolların tutulduğunu anlayan Cem, Mısır’a gitmek için bile artık çok geç kaldığı düşüncesi ile Karamanoğlu Kasım Bey’in de telkini ile, Rodos şövalyelerinden Pierre d’Aubusson’la bir anlaşma yaparak, Akdeniz kıyılarından Rodos Adası’na doğru yola çıktı. Cem Sultan’ın niyeti Rodos şövalyelerinin yardımıyla Rumeli’ye geçerek oradan toplayacağı ordu ile kardeşine karşı savaşmaktı. Bu niyetle 29 Temmuz 1482’de Rodos’a gelen Cem Sultan’ın bu isteği hiçbir zaman gerçekleşmedi. Cem Sultan adaya geldiğinde ölümüne kadar sürecek olan acı ve elem dolu esaret günleri de başladı.
Cem’in Rodos Adası’na gittiğini öğrenen Bayezit hem Rodos şövalyelerine hem de Avrupalı devletlere mektuplar göndererek Cem’in kendisine teslim edilmesini istedi. Cem’i Osmanlı’ya karşı bir koz olarak kullanmak isteyen şövalyeler ve Hristiyan dünyası Bayezit’in bu isteğine hiçbir zaman olumlu cevap vermediler. Pierre d’Aubusson Türklerin üzerindeki emellerini gerçekleştirmek için bir umut, bir şans olarak gördüğü Cem’i yanından ayırmak istemiyordu. Ne var ki Cem adada olduğu müddetçe Rodos Adası Osmanlı ordularının tehdidi altında olacağından, hile ile esir aldığı şehzadeyi Fransa’ya göndermek zorunda kaldı.
16 Ekim 1482’de Nice’e getirilen Cem, şubat ayına kadar burada kaldıktan sonra Rodos şövalyelerinin elinde bulunan Ricle’ye gönderildi. Bayezit, Cem’in serbest bırakılarak Rumeli’ye gelmesi ya da bir haçlı seferinde Osmanlı’ya karşı kullanılması endişesi ile Fransa’da tutulması için Fransa Kralı XI. Louis’e bir mektup gönderdi. Cem Sultan, Rodos Adası’na giderken kendisine Macar kralının yardım edeceğini düşünüyordu. Fransa’ya geldiğinde Macar Kralı Korvin Matias’den yardım istedi. Matias, Cem’i almak için Papa’ya ve d’Aubusson’a müracat etti. İsteği geri çevrilince Osmanlı Devleti ile beş yıllık bir anlaşma imzalayarak savaşmak üzere yönünü Almanya’ya çevirdi. Bu sırada şövalyeler Cem’in ellerinden kaçırılması korkusu ile durmadan yer değiştiriyorlardı. Böyle bir endişe ile Ricle’den alınarak Rumilly’e götürülen Cem, burada Fransa Kralı XI. Luis’in yeğeni olan Savoie dükü I. Charles ile tanışıp dostluk kurdu. Dük, Cem’i kurtarmak için başarısızlıkla neticelenen bir kaçırma teşebbüsünde bulundu. Bunun üzerine şövalyeler Cem’i daha emniyetli bir yer olarak düşündükleri le Pouet Şatosu’na hapsettiler. XI. Louis’in ölümü üzerine çıkan kargaşada Cem Sultan’ı ellerinden kaçıracakları kaygısına kapılan şövalyeler Cem’i le Pouet Şatosu’ndan alarak Rochenihard Şatosu’na hapsettiler. Cem’in Fransa’daki esaret yılları kuleden kuleye şatodan şatoya yer değiştirmekle geçti. Rochenihard’dan sonra sıra Lastic Kulesi’ne gelmişti. Oradan Bosi lami’ye oradan da Fransa’daki son durağı olan Bourgeneuf’a götürülüp buraya hapsedildi. Bugün hâlen Zizim yani Cem adıyla anılan Bourgeneuf’daki kulede hapis iken şövalyeler Papa ile yaptıkları bir anlaşma sonucu Cem’i İtalya’ya götürmeye karar verdiler.
İtalya’da Papa’ya teslim edilmek üzere 11 Ekim 1488’de Fransa’daki son durağı olan Bourganeuf’den yola çıkarıldığında Cem Sultan’ın yedi yıl, üç ay, yirmi altı gün süren acılarla dolu Fransa ikameti sona erdi. Şövalye d’Aubusson tarafından Toulon limanında Papa’nın adamlarına teslim edilen Cem Sultan, Roma’ya vardığında tarihler 13 Mart 1489’u gösteriyordu. Papa VIII. Innocentius, Cem Sultan’ı kullanarak Osmanlı Devleti’ne karşı yeni bir haçlı seferi düzenlemek arzusundaydı. Bu arzusunu gerçekleştirmek için Cem’i Macaristan’a göndermek istedi. Duygusal bir yapıya sahip olan Cem, Rodos’a ayak bastığı günden beri aldatılmışlığın verdiği bir ruh hâlini yaşıyordu. İçindeki saltanat aşkı sönmüş olan bahtsız şehzade sadece Mısır’a gitmek ve ailesine kavuşmak istediğini söyleyerek Papa’nın bu isteğini geri çevirdi. Osmanlı Devleti’nden yüklü paralar alan Papa, Cem’i karşılıksız olarak serbest bırakmak istemedi. Üstelik Hristiyan olmayı teklif edecek kadar da küstah ve pervasız davrandı. Bu sırada Papa VIII. Innocent öldü ve yerine VI. Alessendro geçti. Fransa’da da XI. Louis’in yerine VIII. Charles geçmişti. Charles, yeni Papa ile Cem’in Napoli’ye sevki için bir anlaşma yaptı. Charles da diğerleri gibi Cem vasıtasıyla Osmanlı ile ilişkilerini ilerletmek ve Cem’den yararlanmak istiyordu. Cem Sultan bu anlaşma doğrultusunda 27 Ocak 1495’te Roma’dan ayrılırken bedenen ve ruhen çökmüştü. Büyük umutlarla geldiği Hristiyan dünyasında gördüğü eza ve cefa; şair ruhlu, duygu yüklü bu Osmanlı şehzadesini içten içe tüketmiş, Mısır’a ailesinin yanına gitmek arzusuyla yanıp tutuşan Cem Sultan bu hasrete daha fazla dayanamayarak Roma’dan nakledildiği Castel Capvana denilen yerde 25 Şubat 1495’te hayata gözlerini yumdu.
İslami usullere göre yıkanıp tahnit edilen naşı Gaeta kasabasına yakın bir yere defnedildi. Cem’in vefat haberi İstanbul’a ulaştığında ağabeyi Sultan Bayezit üç gün yas ilan etti. Gıyabında cenaze namazı kılındı. Gaeta’da gömülü olan cesedi ise 1499 yılında buradan alınarak Bursa’da Muradiye Camii’nin haziresinde bulunan Şehzade Mustafa’nın türbesinin yanına nakledildi.