人物生平早有才望司马伷是司马懿的儿子，母亲是伏太妃。
正始（240年－249年）初年，司马伷被封为南安亭侯。他年轻时就有才名声望，最初担任宁朔将军，负责监守邺城的魏室王公，以善于安抚开导著称。经屡次升迁任散骑常侍，进封东武乡侯。
甘露五年（260年），高贵乡公曹髦无法忍受司马昭的专断跋扈，率领数百僮仆向他的府第发起攻击。时任屯骑校尉的司马伷率军入宫拦截，在东止车门遇到了曹髦。曹髦的左右呵斥司马伷，他的部下都因害怕而逃走。
景元三年（263年），司马伷被拜为右将军、监兖州诸军事、兖州刺史。
历职内外咸熙元年（264年），开设五等爵制，封司马伷为南皮县开国伯。又转任征虏将军、假节。
泰始元年（265年），晋武帝司马炎代魏称帝，建立西晋，封司马伷为东莞郡王，食邑一万六百户。东莞国开始设置二卿时，司马炎特别下诏允许诸王可以自己选择国中的县令、县长。司马伷上表辞让，不被允许。
泰始四年（268年）二月，司马伷入朝任尚书右仆射、抚军将军。
深受爱戴泰始五年（269年），司马伷外出任镇东大将军、假节、都督徐州诸军事，接替卫瓘镇守下邳。他统军有方，深得将士的爱戴效劳，孙吴对他非常忌惮。
咸宁三年（277年），司马炎听从卫将军杨珧等人的建议，大肆徙封诸王。因为司马伷镇守在徐州，于是徙封司马伷为琅邪王，加开府仪同三司，并将东莞郡加封给琅邪国。
率军灭吴咸宁五年（279年）十一月，司马伷与众将奉命伐吴，率军数万兵出涂中。
太康元年（280年）二月，吴帝孙皓将皇帝玺绶送到司马伷处投降，吴国灭亡。司马炎下诏褒奖，并封司马伷的两个儿子为亭侯，食邑各三千户，赐绢六千匹。不久，命司马伷都督青州诸军事，加侍中的服饰，进拜大将军、开府仪同三司。
孝子长眠太康四年（283年），司马伷病重，司马炎赏赐他各种物品，又派侍中询问病情。五月初一（6月12日），司马伷去世，终年五十七岁，谥号为武。他临终时上书，请求把自己葬在生母伏太妃陵墓的旁边，又请求把封国分给他的四个儿子，司马炎都允许了。
人物评价人物总评司马伷少年时就有才望，在西晋建立后，以皇亲身份在边境镇守抵御吴国，他治军有方，深得将士爱戴，后来又有灭吴的大功。尽管这样，但司马伷还是严格要求自己，表现得谦恭节俭，从没有骄傲自满的神情，他手下的僚属尽力办事，百姓也乐于接受他的教化。
历代评价房玄龄：①琅邪武功既畅，饰之以温恭，扶风文教克宣，加之以孝行，抑宗室之可称者也。②文宣孙子，或贤或鄙。扶风遗爱，琅邪克己。澹谄凶魁，肜参衅始。干虽静退，性乖恒理。彼美齐献，卓尔不群。自家刑国，纬武经文。木摧于秀，兰烧以薰。个人作品司马伷著有《周官宁朔新书》八卷（《新唐书·经籍志》），已亡佚。《全晋文》有一篇《表山简》。
亲属成员父母父亲：晋宣帝司马懿生母：伏太妃妻子诸葛氏（诸葛太妃），诸葛诞长女，生司马觐、司马澹、东安王司马繇。同母弟弟清惠亭侯司马京扶风武王司马骏汝南文成王司马亮后代儿子司马伷有四子：
琅邪恭王司马觐武陵庄王司马澹东安王司马繇淮陵元王司马漼孙子晋元帝司马睿，司马觐之子东安王司马浑，封长乐亭侯，因司马繇无子而世袭东安王武陵哀王司马喆，司马澹之子。官至散骑常侍，为石勒所杀淮陵贞王司马融，司马漼之子史料记载《晋书·卷三十八·列传第八》《资治通鉴》