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早年經曆
西漢景、武年間（時間不詳），在黃河龍門的一個小康之家中，司馬遷出生了。[7][9]司馬遷的祖父司馬喜在漢文帝詔入栗米受爵位以實邊卒的政策下，用四千石栗米換取了九等五大夫的爵位，因此全家得以免於徭役。[10]
年幼的司馬遷在父親司馬談的指導下習字讀書，十歲時已能閱讀誦習古文《尚書》、《左傳》、《國語》、《係本》[11]等書。漢武帝建元年間，司馬談到京師長安任太史令一職[12]，而司馬遷則留在龍門老家，身體力行，持續著耕讀放牧的生涯。[7]
學遊天下
稍稍年長之後，司馬遷離開了龍門故鄉，來到京城長安父親的身邊。此時司馬遷已學有小成，司馬談便指示司馬遷遍訪河山去搜集遺聞古事，網羅放失舊聞[13]。司馬遷在二十歲時開始遊曆天下[14-21]，他從京師長安出發東南行，出武關至宛。南下襄樊到江陵。渡江，溯沅水至湘西，然後折向東南到九疑。窺九疑後北上長沙，到汨羅屈原沉淵處憑吊，越洞庭，出長江，順流東下。登廬山，觀禹疏九江，展轉到錢塘。上會稽，探禹穴。還吳遊觀春申君宮室。上姑蘇，望五湖。之後，北上渡江，過淮陰，至臨淄、曲阜，考察了齊魯地區文化，觀孔子留下的遺風，受困於鄱、薛、彭城，然後沿著秦漢之際風起雲湧的曆史人物故鄉，楚漢相爭的戰場，經彭城，曆沛、豐、碭、睢陽，至梁（今河南開封），回到長安時任太史令的父親司馬談身邊。[7][22]
回朝為官
因為父親司馬談的緣故，司馬遷回京後得以仕為郎中[23-24]。
漢武帝元鼎六年（前111年），馳義侯授命平定西南夷，中郎將郭昌、衛廣率八校尉之兵攻破且蘭，平南夷。夜郎震恐，自請入朝稱臣。漢軍又誅邛君，殺笮侯，冉震恐，請臣置吏。隨後漢武帝在西南夷設置武都、牂柯、越巂、沈黎、文山五郡。而此時正隨漢武帝東行巡幸緱氏的司馬遷在繼唐蒙、司馬相如、公孫弘之後，再次出使西南，被派往巴、蜀以南籌劃新郡的建設。隨後又撫定了邛、榨、昆明，在第二年回朝向武帝覆命[24-25]。
父授遺命
漢武帝元封元年（前110年）春天，漢武帝東巡渤海返回的路上在泰山舉行封禪大典。[26]作為參與製定封禪禮儀官員的司馬談卻因病留滯在周南（今湖北）未能繼續前行，更因此而心中憤懣以致病情加重。奉使西征的司馬遷在完成任務後立即趕往泰山參加封禪大典，行到洛陽卻見到了命垂旦夕的父親。[27]
彌留之際的司馬談對司馬遷說：“我們的祖先是周朝的太史。遠在上古虞舜夏禹時就取得過顯赫的功名，主管天文工作。後來衰落了，難道要斷送在我這裹嗎？你繼為太史，就可以接續我們祖先的事業了。如今天子繼承漢朝千年一統的大業，到泰山封禪，而我不得從行，這是命中注定的啊！我死以後，你一定會做太史；做了太史，你千萬不要忘記我要編寫的論著啊。況且孝，是從侍奉雙親開始的，中間經過事奉君主，最終能夠在社會上立足，揚名於後世，光耀父母，這是孝中最主要的。天下稱頌周公，是說他能夠歌頌周文王、武王的功德，宣揚周、召的遣風，使人懂得周太王、王季的思想以及公劉的功業，以使始祖後稷受到尊崇。周幽王、厲王以後，王道衰落，禮樂損壞，孔子研究、整理舊有的文獻典籍，振興被廢棄了的王道和禮樂。整理《詩》、《書》，著作《春秋》，直到今天，學者們仍以此為法則。從魯哀公獲麟到現在四百多年了，其間由於諸侯兼並混戰，史書丟散、記載中斷。如今漢朝興起，海內統一，賢明的君主，忠義的臣子的事跡，我作為太史而不予評論記載，中斷了國家的曆史文獻，對此我感到十分不安，你可要記在心裏啊！”司馬遷低下頭流著淚說：“小子雖然不聰敏，但是一定把父親編纂曆史的計劃全部完成，不敢有絲毫的缺漏。”[28]