秦始皇死後，秦二世胡亥即位。二世寵信趙高，賜死扶蘇，誅殺多位舊臣，包括蒙恬、李斯等人。當秦二世準備加害蒙恬時，子嬰曾勸阻二世說：“趙王遷殺死李牧而任用顏聚，齊王建殺死他前代的忠臣而任用後勝，結果都使國家滅亡。蒙氏，是秦國的大臣、謀士啊！而陛下您想一時就把他們殺掉，臣私下認爲不妥。誅殺忠臣而舉用沒有德行的人，是使朝廷內羣臣互不信任，而使在外的將士們意志喪失啊！”但秦二世不聽從他的諫言。
秦二世在位三年，被趙高所殺。趙高欲自立爲王，但發現羣臣並不支持，於是迎立子嬰即皇帝位，並將玉璽交給他。其後不久，趙高聲稱民變四起，秦地比統一前更小，建議子嬰稱王而不稱帝，子嬰依趙高，廢帝號，改稱秦王。
公元前206年九月，趙高令子嬰實行齋戒，要到宗廟行禮，接受傳國的玉璽。經過了五天，子嬰與他兩個兒子及宦者韓談謀議說：“丞相趙高在望夷宮殺了秦二世，害怕羣臣們誅殺他，便假作是行德義而立我爲王。我聽說趙高竟與楚國約定，消滅我國的宗族後瓜分土地在關中稱王。現在要我齋戒，到宗廟敬祀祖先，這是想趁機在宗廟中殺死我。我推託有病不能去，丞相一定會親自來到我這裏；他一來我們就殺了他。”趙高几次派人來請，子嬰都不去宗廟。果然他親自來到齋宮，子嬰便命令心腹韓談刺死趙高，並誅滅趙高三族。
人物去世
劉邦義軍最先進入關中，子嬰遂派將領率兵至嶢關抵禦，劉邦帶軍繞過嶢關，越過蕢山，在藍田一帶兩度大敗秦軍。公元前206年十月，進入武關，到達灞上後派人勸子嬰投降，並得到子嬰的同意。子嬰遂與妻子用繩綁縛自己，坐上由白馬駕駛的白色馬車，身着死者葬禮所穿的白裝束，並攜同皇帝御用物品（包括玉璽和兵符），在軹道親自至劉邦軍前投降。秦朝在子嬰投降的那一刻正式滅亡，所以子嬰共當了四十六天秦王。樊噲提議殺了子嬰，劉邦並沒有處死子嬰，而是把他交給隨行的吏員看管。一個多月後，項羽亦率領大軍到達關中。劉邦的部將曹無傷向項羽稱劉邦將以子嬰爲相而自立爲關中王，結果項羽設下了鴻門宴。項羽入咸陽城後，立刻殺死子嬰，並進行了大屠殺及縱火。子嬰死後，有關他埋葬的地點一
一是胡亥的侄子，即秦始皇嫡長子扶蘇之子子嬰。《秦始皇本紀》“立二世兄之子公子嬰爲秦王。”（《六國年表》作“高立二世兄子嬰”），這種說法認爲“兄子”就是兄長的兒子，因爲當時扶蘇已死，胡亥無子，子嬰作爲秦始皇的嫡長孫最有資格繼承帝位，所以這種說法比較可靠。
二是秦始皇的弟弟。《李斯列傳》：“高自知天弗與，羣臣弗許，乃召始皇弟，授之璽。子嬰即位，患之，乃稱疾不聽事，與宦者韓談及其子謀殺高。”其實，這種說法不攻自破，始皇帝只有一個弟弟，名叫成蟜，他在秦始皇當稱皇帝之前就已經死了，其餘的兩個假兄弟（嫪毐與趙姬媾和所生之子[私生子]）不到兩歲時就被秦始皇摔死了，所以胡亥死時，其餘兄弟都已經作古了。
三是秦二世胡亥的哥哥。這一派認爲《六國年表》的有關章句：“高立二世兄子嬰”應該理解爲“趙高擁立秦二世的兄長子嬰爲秦王。”這種說法更站不住腳，因爲秦始皇死時，只有扶蘇和胡亥兩位公子存活，所以趙高、李斯、胡亥要密謀除長以立幼，只要嫡長子扶蘇或者其他比胡亥年長的始皇帝之嫡子活着，胡亥就沒有資格即位，胡亥之所以能夠繼承帝位，之所以名正言順，那就是因爲他就是當時始皇帝存留在世間的唯一的年齡最大的嫡子，由此可知，包括扶蘇在內的胡亥的17個哥哥都已經死了。
這幾種說法當中，“二世/兄之子/子嬰”一說較爲流行。迄今爲止，從東漢班固到近現代，多采用此說。學界中大都支持支持第一說，就連近幾年修訂出版的《辭海》和《辭源》這兩部著名的大辭典，也都一致認爲子嬰是二世兄之子，並指出是扶蘇之子（扶蘇之長子）。
也有論者如楊善羣、王蘧常等人支持第二說。論點包括：
子嬰的遭遇、才幹及影響力絕非秦二世或同輩所能及。
據《秦始皇本紀》、《李斯列傳》記載，胡亥對待自己的兄弟絕不手軟，子嬰若爲胡亥的兄長，爲何能存活下來？秦始皇死時年僅50歲，扶蘇年齡大約爲30歲左右。而《秦始皇本紀》中敘述子嬰與“其子二人”謀殺趙高（與《李斯列傳》中所述殺趙高過程不同），其子年齡至少有15-20歲左右，推斷子嬰年齡當爲35-40歲左右，比秦始皇小10-15歲左右，與扶蘇年紀大致相當。
在兩漢時期的史書《史記》、《漢書》原文及《史記》三家注、顏師古注並無提及子嬰爲扶蘇之子。
尚有學者李開元、馬百非等人提出第四說，論點如下：
有關《李斯列傳》集解引徐廣說“一本曰‘召始皇弟子嬰，授之璽’”中的“弟子嬰”，應理解爲“弟弟的兒子嬰”。但秦始皇的弟兄見於文獻記載的只有成蟜、母趙姬與嫪毐所生二子。所以被認爲是成蟜的兒子。
《釋名釋長幼》：“人始生曰嬰”。“嬰”之名，有初生兒，年幼兒的含義。