Lý Huệ Tông không có con trai nên Điện tiền chỉ huy sứ Trần Thủ Độ (người nắm quyền sau khi Trần Tự Khánh chết) đã ép vua lập Lý Chiêu Hoàng làm Hoàng Thái nữ rồi truyền ngôi. Như vậy, Chiêu Hoàng lên ngôi khi mới chỉ là đứa trẻ 6 tuổi và kể từ đây, những sóng gió cũng bắt đầu phủ lên vị nữ hoàng nhỏ tuổi này.
Năm 1225, Trần Thủ Độ sắp xếp cho cháu mình là Trần Cảnh vào cùng làm Chính thủ, hầu hạ Chiêu Hoàng. Trần Cảnh chạc tuổi với Lý Chiêu Hoàng, lại được vua yêu mến, hay gần gũi và trêu đùa. Trần Thủ Độ thấy vậy bèn dựng nên cuộc hôn nhân giữa Lý Chiêu Hoàng và Trần Cảnh, từ đó chuyển giao quyền lực chính trị bằng cách nhường ngôi danh chính ngôn thuận cho chồng. Về việc này, “Đại Việt sử ký toàn thư” có chép như sau:
“Tháng ấy, ngày 21, các quan vào chầu lạy mừng. Xuống chiếu rằng:
“Từ xưa nước Nam Việt ta đã có đế vương trị thiên hạ. Duy triều Lý ta vâng chịu mệnh trời, có cả bốn biển, các tiên thánh truyền nối hơn hai trăm năm, chỉ vì thượng hoàng có bệnh, không người nối dõi, thế nước nghiêng nguy, sai trẫm nhận minh chiếu, cố gượng lên ngôi, từ xưa đến giờ chưa từng có việc ấy. Khốn nổi trẫm là nữ chúa, tài đức đều thiếu, không người giúp đỡ, giặc cướp nổi lên như ong, làm sao mà giữ nổi ngôi báu nặng nề? Trẫm dậy sớm thức khuya, chỉ sợ không cáng đáng nổi, vẫn nghĩ tìm người hiền lương quân tử để cùng giúp chính trị, đêm ngày khẩn khoản đến thế là cùng cực rồi, Kinh thi có nói “Quân tử tìm bạn, tìm mãi không được, thức ngủ không nguôi, lâu thay lâu thay”. Nay trẫm suy đi tính lại một mình, duy có Trần Cảnh là người văn chất đủ vẻ, thực thể cách quân tử hiền nhân, uy nghi đường hoàng, có tư chất thánh thần văn võ, dù đến Hán Cao Tổ, Đường Thái Tông cũng không hơn được. Sớm hôm nghĩ chín từ lâu nghiệm xem nên nhường ngôi báu, để thỏa lòng trời, cho xứng lòng trẫm, mong đồng lòng hết sức, cùng giúp vận nước, hưởng phúc thái bình. Vậy bố cáo thiên hạ để mọi người điều biết”.”
Sau khi truyền ngôi cho Trần Cảnh (Trần Thái Tông), mở ra một thời đại mới trong lịch sử Việt Nam, Chiêu Hoàng được phong làm Hoàng hậu, đổi hiệu thành Chiêu Thánh. Năm 14 tuổi, Chiêu Thánh sinh con trai đặt tên là Trần Trịnh nhưng lại mất ngay sau đó. Nỗi đau đó khiến Chiêu Thánh đau ốm liên miên và suốt 5 năm tiếp theo, bà vẫn không thể sinh con nối dõi cho Trần Thái Tông
Lúc đó, Thái sư Trần Thủ Độ đã ép vua truất ngôi Hoàng hậu của Chiêu Thánh, lập Thuận Thiên công chúa (chị gái ruột Chiêu Thánh) đang mang thai 3 tháng và là vợ anh trai Trần Thái Tông, lên thay ngôi vị này. Ban đầu, Thái Tông hoàng đế phản đối, đang đêm bỏ trốn khỏi kinh thành, lên gặp sư Phù Vân ở Yên Tử để nương nhờ. Trần Thủ Độ vừa dỗ vừa gây sức ép, cuối cùng vua cũng phải chịu nghe theo. Thuận Thiên công chúa được phong làm hoàng hậu, còn Chiêu Hoàng bị giáng xuống làm Chiêu Thánh công chúa. Quá đau buồn và chán nản, Chiêu Hoàng đã xin được rời khỏi cung cấm và xuất gia đi tu, đề xuất của bà nhanh chóng được chấp nhận.
Trong cuộc chiến chống quân Nguyên Mông xâm lược lần thứ nhất, vua Trần Thái Tông được một vị tướng tên Lê Tần hộ giá cứu sống, một mình một ngựa lấy ván gỗ che cho vua khỏi trúng tên của giặc. Ghi nhận công lao to lớn này, vua đã phong tước cho Lê Tần là Lê Phụ Trần, đồng thời gả vợ cũ, tức Chiêu Thánh công chúa cho. Trần Thái Tông đã phải tìm gặp lại Lý Chiêu Hoàng để thuyết phục bà. Sách Đại Việt Sử ký Toàn thư có chép: “Vua nói rằng: “Trẫm nếu không có khanh (truyền ngôi), há lại có được ngày nay, khanh nên cố gắng để cùng hưởng phúc đến cùng”. Có lẽ ông muốn phần nào bù đắp những thiệt thòi và khổ đau mà bà đã phải gánh chịu.
Trước sự việc gây chấn động triều đình, “Việt sử giai thoại” của Nguyễn Khắc Thuần cũng ghi: “Hậu thế chẳng ai dám trách Lê Phụ Trần, chỉ tiếc cho vua Trần, rằng khen sao hay vậy mà thưởng sao lạ vậy. Trong đạo vợ chồng, Thái Tông chi mà bạc, bạc đến vậy, chi mà tệ, tệ đến vậy!“. Lý Chiêu Hoàng sống với Lê Phụ Trần được 20 năm, sinh ra con trai là Thượng vị hầu Lê Tông, con gái là Ứng Thụy công chúa Lê Ngọc Khuê. Đầu năm 1278, bà về thăm quê Cổ Pháp (Bắc Ninh). Tháng 3 âm lịch năm đó, bà mất, thọ 61 tuổi.
Tương truyền khi qua đời, tóc bà vẫn đen nhánh, môi vẫn đỏ như son, má vẫn tươi như hoa đào. Bà được táng ở bìa rừng Báng, phía tây Thọ Lăng Thiên Đức. Bà được người đời sau lập đền thờ, gọi là Long miếu (đền Rồng). Một số người cho rằng, vì bà đã để mất ngôi nhà Lý, nên bị coi là mang tội với dòng họ, không được thừa nhận và phải thờ riêng. Nhiều ý kiến khác cho rằng tuy Chiêu Hoàng là vua, nhưng suy cho cùng bà cũng chỉ là một phụ nữ, nên Lý Chiêu Hoàng không được thờ chung với các bậc tiên vương.