柳机是一位出生于封建官僚家庭的才华横溢的人物，其父柳庆为西魏尚书左仆射。由于其家庭环境的优越，柳机从小受到良好的文化教育，博览经史，十几岁时就才华显露。北周代西魏后不久，历史上著名的北周武帝宇文邕被封为鲁国公。宇文邕赏识柳机才华，特引用他为记室，时年仅19岁。宇文邕于武成二年继位，又封柳机为宣纳上士。之后，柳机还任少纳言、太子宫尹等职。
北周武帝宇文邕是一个有才能的皇帝，他掌权后进行了许多改革，使国力大增。建德六年，北周出兵灭北齐，从而统一了黄河流域。柳机从北周武帝参加了灭北齐的战役，并以功封开府，后又转迁司中大夫。北周武帝死后，皇太子宇文赟即位，是为北周宣帝。北周宣帝是一个常荒唐的皇帝，即位后诛杀大臣，任用奸佞，沈缅酒色，大治宫室，直搞得国力大衰，民不聊生，人人恐惧。对此，柳机虽多次谏劝，但北周宣帝都不予采纳。柳机见朝政日坏，已无挽回希望，恐在朝中引来杀身之祸，于是就请求外任，被任为华州刺史。
宇文阐继位的次年，杨坚代北周称帝，改国号为隋，杨坚是为隋文帝。隋文帝召柳机回京，进封他为建安郡公，赐邑二千四百户，拜为纳言(即侍中，职权相当于宰相)。柳机身居要职，但为政平庸，且经常酗酒，不理政务。几年后，隋文帝任命他为华州刺史(今陕西华县)。然而，隋文帝对他仍然宠幸有加，因为华州地靠近京师(即今陕西西安市)，隋文帝每月都要召见他。不久之后，他又改任冀州刺史。柳机在华州和冀州的任职期间，以宽惠的为政赢得了人心。然而，后来由于病情加重，他被征回京师。
柳机返回京师后，隋文帝特别看重柳机的长子柳述，并将自己的爱女兰陵公主嫁给了他。兰陵公主遵守妇道，深得隋文帝的喜爱。隋文帝对柳述也格外礼遇，这种宠幸也延伸到了柳机身上。柳机在京师生活了几年后因病去世，享年56岁。他去世后，朝廷追赠他为大将军，青州刺史，并追封他的谥号为"简"。
