李广出生于将军世家。秦时名将李信是他的先人，曾捕得燕国太子丹。李广善射，得自家传，又生就一双猿臂，练成了百发百中的功夫，没人能比得过他。
文帝十四年（公元前166年），他从军反击匈奴，因为战功卓著，升为骑常侍。他随文帝射猎，格杀猛兽如同儿戏。文帝评价他说：“可惜李广生不逢时，要是生在高祖时，最少会当个万户侯。”
景帝时，李广升为骑郎将，曾随周亚夫平定吴楚七国之乱，名声大振。可惜他因私自接受梁王所授将军印违法，没有得到封赏。他还做过上谷太守，数次与匈奴交战。汉典属国公孙昆邪曾向景帝哭诉说：“李广才能，天下无双。可惜太过自负，只怕您会有闪失，反而丢了人才。”于是景帝把李广改为上郡（今陕西榆林东南）的太守。
景帝中元六年（公元前144年）六月，匈奴三骑兵射杀汉军数十人。李广闻讯，推测说：“这一定是匈奴射雕者干的。”便率领百余骑兵追赶敌人。跑出数十里后追上，李广命令骑兵分为左右两翼，自己亲手射死两人，活捉了一人。经过盘问，果然是匈奴射雕的猎人。
李广刚刚把俘虏带上山，只见匈奴数千骑兵尾随而来。这下随从的骑兵慌了神，急忙要加鞭逃命。李广镇定自若地说：“我们离开军营有几十里，如果逃跑，敌人乱箭射来，哪个也活不了！听我命令：大家一齐迎上去。敌人认为我们是大军诱饵，必然不敢再打。”百余名骑兵进到匈奴数千骑兵的鼻子底下，李广立即命令下马解鞍。他看到一个匈奴白马骑将在阵前左右晃悠，立即与十余骑兵冲杀过去，杀敌后又退回阵地，解下马鞍，让马卧倒，一点害怕的样子也没有。天黑后，匈奴骑兵终因怀疑大队汉兵会埋伏在附近而撤退了。李广与百余骑兵次日安全返回大营。
此后，李广还先后做过陇西、北地、雁门和云中太守。武帝即位时，左右大臣都说李广是杀敌名将，武帝就将李广纳入未央官为卫尉，与长乐官卫尉程不识齐名。程不识此前也是边地太守，他的军队以军法严明著称。他曾说：“李将军治军太简慢，若猝然对敌定要吃大亏。但士卒们还是乐于跟他。我治军虽苛细，敌人却不敢贸然来犯。”李广治军散慢又非常自负，这些毛病让他尝尽了苦头。一次，他率领一万骑兵出雁门关进攻匈奴，被敌人打败，差点送了命，逃回来被废为庶民。
一年后，匈奴又侵犯边地，辽西告急，将军韩安国战死，右北平（郡治平刚，在今河北平泉）失去了统帅，武帝决定重新起用李广为右北平太守。一天李广夜出饮酒，犯了夜禁，碰上霸陵尉大醉，他侮辱李广说：“现任将军还不得犯夜禁哩！你一个废将军，岂在话下！”此时李广复出在即，却遭到一个管理霸陵的小头目的辱骂，气愤不过，立即杀了霸陵尉，并向武帝上书自首。武帝复信说：“什么叫将军？将军是国家的栋梁，可以叱咤千里，威震万物。我不希望您谢罪，只希望您把右北平治理得固若金汤！”李广没有辜负武帝的期望，他任右北平太守期间，匈奴人几年不敢进犯那里，还称李广为“汉之飞将军”。有一次李广出猎，把草里的一块巨石误认为是老虎，便引弓劲射，结果飞矢中石，整个箭头全钻进石头里去了。元光六年（公元前129年）冬天，李广和匈奴作战。匈奴布置了埋伏，李广不知，引兵深入，结果陷于匈奴重围之中，自己也被活捉。匈奴将士无人不知李广的厉害，于是扯开一张大网，用两匹马兜着，把李广放在上面，准备回营报功。走了十多里，李广开始装死，偷眼瞧见近旁有个胡儿，骑着一匹好马，唱着胡人小曲。李广急中生智，借着网的弹力，一跃而起，推下胡儿，夺下弓箭，勒马加鞭向南飞驰而去。匈奴士兵急忙追击，反被李广射死了好几个。
李广有个从弟名叫李蔡，一战立功，被封为乐安侯，后来还曾代公孙弘为丞相。李蔡的才能、名气本来比李广差得远，可是李广既没有被封侯，又没有成为高官，就连手下的士卒都有不少超过了他。李广曾对人诉说：“自从汉家打击匈奴，我每战必往，却没有尺寸功劳，得不到一小块封邑，为什么啊！难道我生就是一个苦命人吗？”在李广四十多年的仕途生涯中，做过七个郡的太守，凡遇到赏赐，全分给部下。元狩四年（公元前119年），大将军卫青领命大举进攻匈奴，李广坚决请战，武帝不许，说他老了。临战，武帝终于答应李广，让他傲前将军出阵，李广高兴极了。但是这次“漠北之战”，由于卫青临时变卦，让李广与右将军合并走东道迂回敌后，结果使他的部队迷路，没能按预期赶到指定地点，贻误了战机，最后他竞愤然自杀了。历史书上记载：“老百姓听说李广死了，知道他与不知他的，老年与壮年人全都痛哭流涕，认为国家失去了一位深得人心的好将军。”
李广死后家无余财。他人身高马大，善于射箭，这是天性。他的子孙有不少人也学习骑射，但没有一个人及得上他。李广口讷少言，与人相处，诚心相待，平常喜欢在地上画军队打仗的地图，或者练习射击作为娱乐。带兵打仗，士卒不尽饮，他不近水；士兵不尽餐，他不尝食；治理军队宽缓不苛刻，士兵