刘允斌是中华人民共和国主席刘少奇主席和革命烈士何宝珍的长子。于1924年出生于江西萍乡，次年，由于革命工作的转战需要，将不得不将刘允斌送到回老家湖南长沙宁乡,托付周氏抚养。
长到15岁的刘允斌,又在1938年同伯父、堂弟一起来到革命圣地延安。到延安的第二年秋，党中央送他和妹妹刘爱琴还有毛泽东的两个孩子毛岸英、毛岸青等一批延安子弟到苏联首都莫斯科的伊万诺沃斯塔索娃国际儿童院学习深造。在苏联学习期间，刘允斌思想积极要求进步，加入了中国共产党。1941年到1945年间，又在苏联参加红军，历经卫国战争和“莫斯科保卫战”；1945年“卫国战争”胜利以后，以优异的成绩考入莫斯科钢铁学院冶炼专业；入学第二年，接受父亲刘少奇的提议，重新改入莫斯科大学化学系学习核放射专业，主攻热核材料研究方小方向，刘允斌在校期间，品学兼优，任中国留苏同乡会会长；1952年考得研究生学位；1955年获又得了副博士学位，当时在苏联的政府科研机构部门工作，享受非常优越的国家津贴，同时在生活上也收获满满，在莫斯科和同学玛拉费拉托娃结为伉俪，有一儿一女。
新中国成立之时，一穷二白，国家急需要建设型人才，刘允斌父亲接受的建议，为了祖国和国家利益，婉言谢绝了苏联政府优厚待遇和一再挽留，毅然决然地回到怀抱。归国后在中国原子能研究所出任重要岗位工作，积极全面地投入到中国“两弹一星” 的伟大事业中。1960年苏共关系紧张，废除科技合作项目，“两弹一星”科研项目举步维艰。中央和周恩来总理号召大家自力更生、迎着困难也要搞好国防科技。
1962年的初春，刘允斌带领着科研人员前往偏僻的祖国大西北，位于内蒙古的阴山，建立202厂核研究基地，组建了新中国的原子能研究所，成立完善了第三实验室。同时刘允斌担任主任，刘允斌带领同志们发扬不怕苦不怕累的大无畏革命精神，克服重重困难，出色地完成了热核材料的研究工作。1964年10月，在新疆地区的罗布泊大漠核试验研究基地，新中国自主研发的第一颗原子弹试爆成功了，此举震惊了全世界。仅仅两年多时间,1967年6月，我国第一颗氢弹又在刘允斌的带领下试爆成功，这两弹的先后试爆成功，迅速地完成了从原子弹到氢弹的极速跨越，创造了又一震惊世界的壮举，令全世界刮目相看,为祖国赢得了新中国的大国尊严和无尚荣耀。
刘允斌用自己的聪明智慧、严谨的精神、忠诚的情怀，完成父亲刘少奇主席主席寄予的强国心愿。
不幸的是，历史上的十年浩劫，悄然走上了历史舞台。随着运动的全国蔓延，各地报纸诬陷刘少奇的言论比比皆是。父亲刘少奇被打倒了，刘允斌自然被口诛笔伐，被挂上苏修特务等莫须有的罪名。被批判、遭受皮肉之苦已经是家常便饭；受人格侮辱、忍拳脚相加、更是终日不得安宁。他深深知道北京的父亲刘少奇的处境也一定是惨不忍睹。
1967年11月21日,冬天的深夜，刘允斌通往常一样，再次饱受摧残蹂躏后，回到家中，对妻子说他我来到这个世界42年来，对得起人中国人民。唯一愧对的是爱人，希望妻子把两个孩子养大……待到天亮时，人们在刘允斌住所北面的铁轨上发现了他的遗体。
1978年，党中央在十一届三中全会上，为刘允斌平反，恢复了他中国共产党员身份、重新给予核物理专家的崇高名誉。2015年，刘允斌、刘爱琴兄妹俩同时获得了，由俄罗斯总统普京颁发的“纪念苏联卫国战争胜利七十周年”的战功勋章。总书记也在“纪念中国人民解放军建军九十周年大会上，给刘允斌等颁布了中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利70周年”纪念勋章。历史是人民书写的，历史的长卷终于又回归到了它的真实的本来面目
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