1892年11月3日生于天津。父亲衡年中过举人，善吹笛。母亲冯莱荪善诗词及昆曲。

　　19O0年赵元任回到老家常州青果巷，在家塾二中读书。早年所受民族文化熏陶，对他一生事业有着深刻的影响。

　　赵元任从小就显露出语言天才，各种方言一学就会。十四岁进常州溪山小学。19O7年入南京江南高等学堂预科，成绩优异，英语、德语都学得很好，深得美籍英语教师嘉化（D。J．Carve）的喜爱。嘉化常邀赵元任去他家中作客。嘉化夫人善于弹钢琴和唱歌，赵元任跟嘉化夫人学唱过《可爱的家庭》（Home， SWeet Home）和《离别歌》（AuldLang Syne,亦译《天长地久》）等歌曲，是为他接受西方音乐之始。 　　　

　　1909年赵元任考取了留学美国的官费生，在康乃尔大学主修数学，选修物理、音乐。向姜斯东（E。Johnstone） 学习作曲，向夸尔斯（J．T。Quarles）学习钢琴与和声，向席佛曼（S．P．Siwerman）学习钢琴，还上过多年的声乐课。1914年获数学学士学位。在该校哲学院研究一年后，1915年人哈佛大学主 修哲学并继续选修音乐，在哈佛期间的音乐教授有希尔 （E，B．Hill）和斯帕尔丁（W。R。Spaulding）。19l8年在哈佛获哲学博士学位。又在芝加哥和加州大学作过一年研究生。1919年回康乃尔大学物理系任教一年。

　　1920年赵元任回国担任清华学校的物理、数学和心理学课程，同年冬曾为英国著名哲学家罗素（B。Russell）来华讲学担任翻译。在清华期间，赵元任与杨步伟结婚。

　　1921年赵元任夫妇到了美国，赵元任在哈佛大学任哲学和中文讲师并研究语言学。

　　1925年赵元任回清华大学教授数学、物理学、中国音韵学、普通语言学、中国现代方言、中国乐谱乐调和西洋音乐欣赏等课程。他与梁启超、王国维、陈寅恪一起被称为清华“四大导师”。1928年作为研究院语言研究所研究员，进行了大量的语言田野调查和民间音乐采风工作。

　　1938至1939年教学于夏威夷大学，在那里开设过中国音乐课程。1938至1941年，教学于耶鲁大学。之后五年，又回哈佛任教并参加哈佛、燕京字典的编辑工作。其间加入了美国国籍。1946年国民党政府教育部长朱家骅拍电报请赵元任出任南京中央大学校长。赵元任回电：“干不了。谢谢！”

　　从1947年到1962年退休为止，赵元任在伯克莱加州大学教授中国语文和语言学，退休后仍担任加州大学离职教授。1945年赵元任当选为美国语言学学会主席。1952年荣任阿加细(Aggasiz)基金会东方语和语文学教授。1959年曾到台湾大学讲学。1960年又被选为美国东方学会主席。

　　1973年，中美关系正常化刚起步，赵元任夫妇就偕外孙女昭波和女婿迈克回国探亲。5月13日晚至14日凌晨，受到周恩来总理的亲切接见，周总理还跟赵元任谈到文字改革和赵元任致力研究的《通字方案》。在座的还有郭沫若、刘西尧、吴有训、竺可桢、黎锦熙等惹友。

　　1981年，丧妻不久的赵元任应中国社会科学院语言研究所之邀，偕长女赵如兰、女婿卞学磺、四女赵小中再次回国探亲，受到全国政协主席邓小平的热情接见，并接受了北京大学授予的名誉教授称号。

　　1982年2月24日赵元任逝世于美国马萨诸塞州坎布里奇。加州大学为他设立了赵元任基金会，4月4日隆重举行了赵元任逝世纪念会。

　　主要著作有《国语新诗韵》、《现代吴语的研究》、《广西瑶歌记音》、《粤语入门》（英文版）、《中国社会与语言各方面》（英文版）、《中国话的文法》、《中国话的读物》、《语言问题》、《通字方案》，出版有《赵元任语言学论文选》等。

　　赵元任出版的歌集有《新诗歌集》、（1928）、《儿童节歌曲集》 （1934）、《晓庄歌曲》（1936）、《民众教育歌曲集》（1939）、《行知歌曲集》和《赵元任歌曲集》（1981）。1987年在上海音乐学院院长贺 绿汀提议并推动下，上海音乐出版社出版了五线谱版的《赵元任音乐作品全集》（由其长女、美国哈佛大学教授赵如兰编辑），收有歌曲八十三首、编配合唱歌曲二十四首、编配民歌十九首、器乐小品 六首，总计一直三十二首作品。