李广出生于将军世家。秦朝著名将军李信，就是他的先人，曾捕得燕太子丹。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，他从军反击匈奴，即因战功卓著，升为骑常侍。他随文帝狩猎，遂击杀猛兽，如同儿戏，文帝评价他道：“可惜李广时不待人，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。可惜他私自接受梁王所授将军印。他任职为上谷太守，与匈奴作战多年。公孙昆邪向景帝哭诉说：“李广能文能武，才智过人。可惜自负太过，只怕您会有闪失，反而丢了人材。”于是景帝把李广封为上郡太守。
景帝中元六年六月，匈奴三骑射杀汉军数十人，李广得讯推测道：“这一定是匈奴射雕者干的。”便率百骑追赶，数十里后追上，李广命从骑张开左右翼，自己亲手射死二人，活提一人。经问，果然是射雕猎人。李广一行刚刚把俘虏带上山，就见匈奴大军追击而来，李广部下一个个都大惊失色，准备逃走，这时李广却很是镇定地说：“我离军营数十里，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，必不敢打。”百骑进至匈奴数千骑鼻子底下，李广更命令下马解鞍。他看到一个匈奴白马骑将在军营阵前挑衅：“李广小儿，速拿命来”李广听后带兵出击，击杀敌将后回营，下马便入账。
天黑后，匈奴骑兵终因怀疑大队汉兵会有埋伏而撒退了。李广与百骑至次日安全还营。此后，李广还先后作过陇西、北地、雁门、云中太守，武帝即位时，左右大臣尽说李广为名将，就将李广升为未央宫侍卫，与长乐宫卫尉程不识齐名。程不识此前也是边地太守，他的军队以严明著称。他曾说：“李将军治兵太简慢，若猝然对敌定要吃大亏。但士卒们还是乐得跟他。我治军虽烦扰，敌人却不敢贸然来犯。”实际上匈奴人更怕李广，汉家士卒也怕他，李广比较自负，这给他也带来不小的麻烦，率万骑出雁门一仗就差点送了命。
一年后，匈奴犯边，辽西告急，将军韩安国死，右北平（郡治平刚，在今河北平泉）就失去了统帅，武帝就重新起用李广封他为右北平太守。先是，李广有一次夜出饮酒，碰上霸陵尉大醉，并侮辱自己说：“现任将军还不得犯夜禁哩！你一个废将军，岂在话下！”此次李广复出，立即杀了霸陵尉，向武帝上书自首。武帝复信道：“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，他任右北平太守期间，匈奴人几年不敢进犯，还称李广为“汉之飞将军”。
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，引军深入，结果陷于匈奴重围之中，自已也被活捉。匈奴将士无人不知李广厉害，今日逮着他，便凯歌高奏，用网兜着李广放于马上，拉回营地领赏。走了十余里，李广开始装死，偷眼瞧见近旁有个胡儿，正坐着一匹好马，唱着胡人小曲。李广趁敌松懈，飞跃与胡儿马上，乘机夺取弓箭，推敌与马下，向南飞奔而去，匈奴兵急忙追击，反被李广射死好几个。
李广有个从弟名叫李蔡，一战立功，封乐安侯，后来还代公孙弘为丞相。李蔡的才能、名气本来比李广差得远，可是李广既不得封侯，又不得高官，就连手下的士卒都有不少超过了他。李广曾对人诉说：“自从汉击匈奴，我每战必往，却没有尺寸功劳得一封邑，为什么啊！难道我生就一个苦命人吗？”在李广四十多年的仕途生涯中，单说当太守就做了七个郡的，凡遇赏赐，全分部下……元狩四年（公元前１１９），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，让他作前将军出阵。这使李广高兴极了。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迁回敌后，结果使所部大军迷路失期，贻误战机，最后他竟愤然自杀了。
