曹純是曹操的堂弟。十四歲喪父，與一母同胞的兄長曹仁分家居住，後繼承了其父的家業，頗為殷富，家中僮僕、賓客有上百人之多，但曹純年紀輕輕便能以綱紀持家，督御僕從，管理偌大家業而不失條理，因此鄉里人都認為其很有才幹。曹純崇尚學問，尊敬學問淵博的儒士，因此很多儒士都來投靠他，使曹純的名聲為遠近所稱頌。中平四年(187年)，曹純年未弱冠即進入朝廷擔任黃門侍郎，年僅十八歲。
中平六年(189年)，董卓禍亂京師，曹操逃到陳留，二十歲的曹純於是跟隨曹操到襄邑募兵，從此開始了追隨曹操征戰的戎馬生涯。
南皮斬譚
建安十年(205年)，曹純以議郎的身份作為司空曹操的參軍，曹操以袁譚負約為名，率軍進攻袁譚據守的南皮城，此役曹純督帥虎豹騎跟隨作戰。袁譚不願坐以待斃，遂出兵迎敵，曹軍接戰後傷亡甚多，損失很大，因此曹操意圖暫緩進攻。曹純勸道：「今日我方千里奔襲以趨敵，如果不能徹底消滅敵人而就匆匆退兵的話，必定會折損軍威;況且我們已經孤軍深入，難以持久作戰。現在敵人因為暫時的勝利而開始驕傲大意，我軍則因進攻受挫而變得謹慎小心，以謹慎小心的我軍對陣驕傲大意的敵人，我們一定可以獲得勝利。」曹操聽從了他的意見，於是督師加緊進攻，最後袁譚果然被擊敗，後被曹純的部下斬殺。
白狼俘胡
曹純所督帥的虎豹騎，被稱為「天下驍銳」，其中有些人更是從百人將裡面挑選出來後編入的， 曹操一開始甚至不知道應該讓誰成為這支精銳騎兵的統帥。曹純擔任虎豹騎督後，以善於安撫存恤將士而甚得虎豹騎部眾的擁戴。建安十二年(207年)，曹操北征烏桓，在白狼山與烏桓的數萬精銳騎兵相遇。曹操果斷下令迎戰，任命張遼為先鋒，以曹純率領虎豹騎跟隨張遼衝擊烏桓軍陣，烏桓騎兵無法抵擋，被擊潰後逃竄。蹋頓單于及其他首領被虎豹騎抓獲斬殺。
曹軍趁勢追亡逐北，迫使胡、漢二十萬眾投降。曹純於此戰役後，被追錄前後功勞，封為高陵亭侯，食邑三百戶。
長阪敗備
建安十三年(208年)，曹純隨曹操南征荊州，劉琮被迫納表請降。其後曹操聽說劉備南走，深怕他得到江陵軍實，於是放棄輜重，與曹純率領虎豹騎五千，以日行三百里的速度在長阪追上了劉備，抓到了劉備的兩個女兒並繳獲了輜重無數，收降了劉備軍的離散士兵。之後曹純隨曹操佔領了江陵，赤壁兵敗後返回了譙郡。
去世
建安十五年(210年)，曹純去世。當時有司官員向曹操請示選任何人代替曹純，曹操道：「像曹純這樣的人才是無法再次得到的，誰又能與他相比!難道我不能直接擔任虎豹騎的統帥嗎?」此後一段時間虎豹騎由曹操直領。魏文帝曹丕即位後，追諡曹純為威侯。子曹演繼嗣，後官至領軍將軍，正元年間進封平樂鄉侯。
歷史評價
曹操：「純之比，何可復得!吾獨不中督邪?」
王粲《英雄記》：「純綱紀督御，不失其理，鄉里鹹以為能。好學問，敬愛學士，學士多歸焉，由是為遠近所稱。」
王沈《魏書》：「純所督虎豹騎，皆天下驍銳，或從百人將補之，太祖難其帥。純以選為督，撫循甚得人心。」
陳壽《三國誌》：「夏侯、曹氏，世為婚姻，故惇、淵、仁、洪、休、尚、真等並以親舊肺腑，貴重於時，左右勳業，鹹有效勞。」
姜宸英：「純、真、休皆將虎豹騎，以宿衛精兵，非親子弟不可也。曹純死而自將之，以無子弟可任者，非無曹純其人也。」