早年经历
公元1209年1月10日，蒙哥生于漠北草原，是成吉思汗之孙，拖雷的长子，拖雷正妻唆鲁禾帖尼所生的嫡长子（元世祖忽必烈是嫡次子，旭烈兀是嫡三子，阿里不哥是嫡四子）。蒙哥的意思是永久。元太宗窝阔台即位之前，以蒙哥为养子，让昂灰皇后抚育蒙哥。在他长大后，为他娶火鲁剌部女子火里差为妃，并且分给他部民。1232年年农历九月拖雷去世后，才让他回去继承拖雷的封地。蒙哥多次跟随窝阔台参加征伐，屡立奇功。蒙哥沉默寡言、不好侈靡，喜欢打猎。公元1235年，蒙哥参加第二次蒙古西征，与拔都、贵由西征欧洲的不里阿耳、钦察、斡罗思等地，屡立战功，在里海附近，活捉钦察首领八赤蛮。
争得帝位
1248年农历三月贵由去世后，由皇后斡兀立海迷失临朝称制，由于贵由与拔都早年不和，拔都拒绝奔丧。为了对抗窝阔台家族，拔都以长支宗王的身份遣使邀请宗王、大臣到他在中亚草原的驻地召开忽里台，商议推举新大汗。窝阔台系和察合台系的宗王们多数拒绝前往，贵由皇后斡兀立海迷失只派大臣八剌为代表到会。唆鲁禾帖尼则命长子蒙哥率诸弟及家臣应召前往。
1250年，忽里台大会在中亚地区拔都的驻地召开，拔都在会上极力称赞蒙哥能力出众，又有西征大功，应当即位，并指出贵由之立违背了窝阔台遗命（窝阔台遗命失烈门即位），窝阔台后人无继承汗位的资格。大会通过了拔都的提议，推举蒙哥为大汗。
窝阔台、察合台两家拒不承认，唆鲁禾帖尼和蒙哥又遣使邀集各支宗王到斡难河畔召开忽里台，拔都派其弟别儿哥率大军随同蒙哥前往斡难河畔，但窝阔台、察合台两家很多宗王仍不肯应召，大会拖延了很长时间。
由于蒙哥的母亲唆鲁禾帖尼的威望甚高，并且善于笼络宗王贵族，多数宗王大臣最终应召前来，1251年农历六月在蒙古草原斡难河畔举行忽里台大会，1251年7月1日，宗王大臣们共同拥戴蒙哥登基，蒙哥成为大蒙古国皇帝（蒙古帝国大汗），蒙哥即位的当日，尊唆鲁禾帖尼为皇太后。此后，为了巩固汗位，唆鲁禾帖尼镇压反对者毫不留情，并亲自下令处死元定宗贵由的皇后斡兀立海迷失。
自此汗位继承，便由窝阔台家族转移到了拖雷家族，皇族内部的分裂，为后来大蒙古国的彻底分裂，埋下伏笔。
励精图治
1251年7月1日，蒙哥即位后，窝阔台系诸宗王拒绝承认，后率兵镇压之，又以弟忽必烈领漠南汉地军政事务。
他在位时，两位畏兀儿人因为与窝阔台家有牵连被害，一位名为镇海，一位名为萨伦迪的亦都护，后者因为被指准备在星期五礼拜对别失八里的回回人进行屠杀，后来被送到和林处死。1258年，高丽崔氏政权跨台，高丽国王投降大蒙古国，双方达成和平协议。高丽成为大蒙古国藩属国，但保留高丽原有政府体系和传统文化，从其国俗、自奏选属官。
击灭大理
1252年六月，命弟忽必烈南征大理国。七月，忽必烈率军出发。1253年八月，忽必烈率军从陕西出发，进攻位于今云南等地的大理国。1254年1月2日，忽必烈攻克大理城，国王段兴智投降，大理国灭亡，云贵高原并入大蒙古国版图。1256年，段兴智前往漠北和林皇宫觐见蒙哥，被蒙哥任命为大理总管，子孙世袭。从1254年忽必烈灭大理国，到1382年驻守云南的元朝梁王把匝剌瓦尔密兵败自杀，元朝大理总管段世战败归降明军，元朝统治云南地区长达128年。
远征西亚
1253年六月，蒙哥命弟旭烈兀率大军十万西征。旭烈兀的西征军从漠北草原出发，1256年大军渡过阿姆河后所向披靡，先攻灭波斯南部的卢尔人政权，1256年攻灭位于波斯西部的木剌夷国（阿萨辛派），1258年灭亡巴格达的阿拔斯王朝，1260年3月1日，灭亡叙利亚的阿尤布王朝，并派兵攻占了小亚细亚大部分地区。
攻占叙利亚后，旭烈兀西征军兵锋抵达今天地中海东岸的的巴勒斯坦地区，即将与埃及的马木留克王朝交战，此时旭烈兀得到使者带来的帝国最高统治者蒙哥在四川去世的消息，于是只派先锋怯的不花率不到一万军队驻守叙利亚，自己率大军开始东返。1260年9月3日，埃及马木留克王朝趁着旭烈兀攻率主力东返，攻占叙利亚，杀怯的不花，旭烈兀愤怒至极，本想率军继续西征，但此时他和钦察汗国的别儿哥汗因为争夺阿塞拜疆爆发了战争，只好结束西征。
旭烈兀东返途中得到忽必烈和阿里不哥争位的消息，于是留在西亚，自帝一方，并宣布支持忽必烈，后来被忽必烈封为伊儿汗，西亚的伊儿汗国从此建立。