李广是陇西郡成纪县人。他的先祖叫李信，秦朝时任将军，逼燕王交出了燕太子丹的首级。他的家原来在槐里县，后来迁到成纪。李广家世代传授射箭技术。汉文帝十四年，匈奴人大举入侵萧关，李广以良家子弟的身份参军抗击匈奴，因为善于骑射，杀敌很多，所以被任为汉朝的中郎。李广的堂弟李蔡，也被任为郎。二人又都任武骑常侍，年俸八百石。李广曾随从皇帝出行，常有冲锋陷阵、破关斩将以及格杀猛兽的壮举。文帝说：“可惜啊！你没遇到好时机，如果让你赶上高祖时代，封个万户侯那才值得称道呢！”景帝即位后，李广任陇西都尉，又改任骑郎将。吴、楚七国叛乱时，李广任骁骑都尉，跟从太尉周亚夫反击吴、楚叛军，在昌邑城下夺取了敌人的军旗，立功扬名。可是由于他私自接受了梁王授予的将军印，回朝后，朝廷没有对他进行封赏。调他任上谷太守，匈奴每天都来交战。典属国公孙昆邪对皇上哭着说：“李广的才能与禀赋，天下没有第二个，他依仗自己有本领，屡次和敌人作战ǚ恐怕会失去他。”于是又调他任上郡太守。以后李广转任边境各郡太守，曾任陇西、北地、雁门、代郡、云中等太守，都以奋力作战而出名。
匈奴大举入侵上郡，天子派来一名宦官跟随李广监督训练部队，抗击匈奴。一天这位宦官带领几十名骑兵，放马驰骋，遇到三个匈奴人，就与他们交战。三个匈奴人回身放箭，射伤了宦官，几乎杀光了他的骑兵。宦官逃回到李广那里，李广说：“这一定是匈奴的射雕手。”于是李广就带上一百名骑兵前去追赶那三个匈奴人。那三个人没有马，徒步行走，只走了几十里。李广命令他的骑兵像鸟张开翅膀那样左右排开，他亲自去射杀那三个人，结果射死了两个，活捉了一个，果然是匈奴的射雕手。待把他捆绑上马之后，远远望见几千名匈奴骑兵纷纷奔来。他们看到李广，以为是诱敌的骑兵，都很吃惊，跑上山去摆好阵势。李广的百名骑兵也都大为惊恐，想回马飞奔逃跑。可李广说：“我们离开大部队已有几十里远，像现在这样，凭一百名骑兵逃走，匈奴必然追击射杀我们，立刻就会把我们杀光。如果我们停留不走，匈奴一定以为我们是为大军来诱惑他们的，必定不敢攻击我们。”于是李广向骑兵下令：“前进！”骑兵向前进发，到了离匈奴阵地大约二里的地方，停下来，下令说：“全体下马解下马鞍！”骑兵们说：“敌人那么多，并且又离得这么近，如果有了紧急情况，怎么办？”李广说：“那些敌人都以为我们会逃跑，现在我们都解下马鞍显示给他们不会逃走，这样一来他们更不会怀疑我们是诱敌之兵了。”于是匈奴骑兵最终还是不敢擅自攻击。有一名骑白马的匈奴将领出阵来监护他的士兵，李广立即上马和十几名骑兵一起奔驰，射死了那骑白马的将领，之后又回到自己的骑兵队里，解下马鞍，让士兵们都放开马，随便躺卧。这时正值黄昏，匈奴军队始终觉得奇怪，不敢贸然进攻。到了半夜，匈奴兵也以为汉朝有伏兵在附近，想趁夜偷袭他们，于是就撤离了。第二天早晨，李广才回到他的大部队中，大部队不知道李广他们的去向，所以也无法接应他们。
过了很长时间，景帝去世，武帝即位。左右近臣都认为李广是名将，于是李广由上郡太守调任未央宫的禁卫军长官，程不识也任长乐官的禁卫军长官。程不识和李广从前都任边郡太守并带领军队驻防。到出兵攻打匈奴的时候，李广行军没有严格的队列和阵势，靠近水丰草茂的地方驻扎军队。宿营时，人人都随便干自己的事情，晚上也不打更自卫。幕府中也简化了各种文书事务，但也远远地布置了哨兵，所以并不曾遭到过危险。而程不识对队伍的编制、行军队列、驻营阵势等要求很严格，夜里打更，文书军吏每天要处理许多公文簿册，军队得不到很好休息，但也不曾遇到危险。程不识说：“李广治兵简便易行，然而敌人如果突然进犯他，他就无法制敌。而他的士卒倒也安逸快乐，都甘心为他拼死。我的军队虽然军务繁忙，但是敌人也不敢侵犯我。”那时汉朝边郡的李广、程不识都是名将，但是匈奴人更害怕李广的谋略，士兵也大多愿意跟随李广，而以跟随程不识为苦。
后来，汉朝用马邑城引诱匈奴单于，派大军在马邑两旁的山谷中埋伏，李广任骁骑将军，受护军将军韩安国统领。当时单于发觉了汉军的计谋，就逃跑了，汉军都没有战功。四年以后，李广由卫尉被任为将军，从雁门关出击匈奴。匈奴兵多，打败了李广的军队，并生擒了李广。单于平时就听说李广很有才能，下令说：“遇到李广一定要生擒送来。”匈奴骑兵俘虏了李广，当时李广受伤生病，就把李广放在两匹马吊着的网兜里躺着。走了十多里，李广假装死去，但他也斜眼发现旁边的一个匈奴兵骑着一匹好马，走着走着，李广突然一纵身跳上匈奴兵的那匹好马，并趁势把他从马上推了下去，又迅速夺了他的弓箭，打马向南飞驰而去，一连跑了数十里重又回到自己的部队，带领部队回到营地。匈奴出动追捕的骑兵几百名来追赶他，李广一边逃一边拿起匈奴少年的弓射杀追来的骑兵，因此得以逃脱。后来回到京城以后，朝廷把李广交给执法官。执法官判决李广损失伤亡太多，他自己又被敌人活捉，应该斩首，李广用钱赎了死罪，却被贬为平民。
转眼间，李广在家已闲居数年，李广和已故颖阴侯灌婴的孙子灌强一起隐居在蓝田，还常到南山打猎。在一天夜里，他带着一名骑马的随从外出，和别人一起在田野间饮酒。回来时走到霸陵亭，霸陵尉喝醉了，大声呵斥，想阻止李广通行。李广的随从说：“这是从前的李将军。”亭尉说：“现任将军尚且不许通行，何况前任将军呢！”便扣留了李广，让他停宿在霸陵亭下。没多久，匈奴入侵，杀死了辽西太守，打败了韩安国将军，后来韩将军调到右北平。于是天子就召见李广，任他为右北平太守。李广随即请求派霸陵尉一起去，到了军中李广就把他杀了。
李广驻守右北平，匈奴听说后，称他为“汉朝的飞将军”，躲避他好几年，不敢入侵右北平。
李广外出打猎，看见草里的一块石头，以为是老虎，就向它猛地射了一箭，箭头都射进去了。待过去一看，原来是石头。接着，他又重新射击，却再也不能射进石头了。李广驻守过的郡，听说有老虎，他就常常亲自去射杀。到驻守右北平时，一次射虎，老虎跳起来伤了李广，李广却终于还是射死了老虎。
李广清廉，得到赏赐总是分给他的部下，饮食总与士兵在一起。李广一生，做二千石俸禄的官共四十多年，家中没有多余的财物，但他从不谈及家产方面的事。李广身材高大，两臂如猿，他善于射箭也是天赋，即便是他的子孙或外人向他学习箭术，也没人能赶得上他。李广语言迟钝，说话不多，与别人在一起时也在地上画军阵，然后比射箭，按射中的箭密集与否确定罚谁喝酒。他专门以射箭为游戏，一直到死。李广带兵，遇到缺粮断水的地方，见到水，士兵还没有全都喝到时，他绝不先喝；士兵还没有全都吃下饭时，他一口饭也不尝。李广对士兵宽厚不苛刻，士兵因此爱戴他，乐于为他所用。李广射箭，看见敌人逼近，如果不在数十步之内，估计射不中，就不发射。只要一发射，敌人立即随弓弦之声倒地。因此他领兵有几次被困受辱，射猛兽也曾被猛兽扑伤。
没过多久，石建死了，皇上召见李广，让他接替石建任郎中令。元朔六年（前123年）李广又被任为后将军，跟随大将军卫青的军队从定襄出塞，征伐匈奴。许多将领因斩杀俘虏敌人符合规定标准，以战功被封侯，而李广的军队却没有战功。过了两年，李广以郎中令官职率领四千骑兵从右北平出塞，博望侯张骞率领一万骑兵与李广一同出征，从两条路行军。行军约几百里，匈奴左贤王率领四万骑兵包围了李广，李广的士兵都很害怕，李广就派他的儿子李敢骑马往匈奴军中奔驰。李敢独自和几十名骑兵飞奔，直穿匈奴骑兵阵，又从其左右两翼突出，回来向李广报告说：“匈奴没什么了不起，容易对付！”士兵们这才安心。李广布成圆形兵阵，面向外。匈奴猛攻，箭如雨下，汉兵死了一半多，箭也快用光了。李广就命令士兵拉满弓，不要放箭，而李广亲自用大黄硬弓射匈奴的副将，杀死了好几个，匈奴军才渐渐松懈。这时天色已晚，军吏士兵都面无人色，可是李广却神态自然，更加注意整顿军队。军中从此都很佩服他的勇敢。第二天，又去奋力作战，博望侯的军队也赶到了，匈奴军才退去。这时汉军已非常疲惫，所以也不能去追击。当时李广的部队几乎全军覆没，只好收兵回朝。按汉朝法律，博望侯行军迟缓，延误限期，应处死刑，用钱赎罪，降为平民。李广功过相抵，没有封赏。
当初，李广的堂弟李蔡和李广一起侍奉文帝。到景帝时，李蔡累积功劳已得到年俸二千石的官位。武帝时，做到代国的国相。元朔五年被任为轻车将军，跟随大将军卫青攻打匈奴右贤王有功，达到斩杀俘虏敌人的规定，被封为乐安侯。元狩二年间，代公孙弘任丞相。李蔡的才干在下等的中档，声名比李广差得很远，然而李广得不到爵位和封地，官位没超过九卿，可是李蔡却被封为列侯，官位达到三公。李广属下的军官和士兵们，也有人得到了侯爵之封。李广曾和星象家王朔私下闲谈说：“自从汉朝攻打匈奴以来，我没有一次不参加。可是各部队校尉以下的军官，才能还不如中等人，然而由于攻打匈奴有军功被封侯的有几十人。我李广不比别人差，但是没有一点功劳，得不到封地，这是什么原因呢？难道是我的骨相就不该封侯吗？还是本来就命该如此呢？”王朔说：“将军自己回想一下，难道曾经做过悔恨的事吗？”李广说：“我曾当过陇西太守，羌人有一次反叛，我诱骗他们投降，投降的有八百多人，我用欺诈手段在同一天把他们都杀了，至今我最大的悔恨只有这件事。”王朔说：“祸事，没有比滥杀已投降的人更大的了。这也就是将军不能封侯的原因。”
又过了两年，大将军卫青、骠骑将军霍去病率军大举出征匈奴，李广几次亲自请求随行。天子认为他已年老，没有答应；好久才准许他前去，让他任前将军。这一年是元狩四年（前119年）。
李广随大将军卫青出征匈奴，出边塞以后，卫青捉到敌兵，知道了单于住的地方，就自己带领精兵去追逐单于，而命令李广和右将军的队伍合并，从东路出击。东路有些迂回遥远，而且大军走在水草缺少的地方，势必不能并队行进。李广就亲自请求说：“我的职务是前将军，大将军却命令我改从东路出兵，况且我从少年时就与匈奴作战，到今天才得到一次与单于对敌的机会，我愿做前锋，先和单于决一死战。”大将军卫青曾暗中受到皇上的警告，认为李广年老，命运不好，不要让他与单于对敌，恐怕不能实现俘获单于的愿望。那时公孙敖刚刚丢掉了侯爵，任中将军，随从大将军出征，大将军也想让公孙敖跟自己一起与单于对敌，所以把前将军李广调开。李广当时也知道内情，所以坚决要求大将军收回调令。大将军不答应他的请求，命令长史写文书发到李广的幕府，说：“赶快到右将军部队中去，照文书上写的办。”李广未向大将军告辞就起程了，神色恼怒地前往军部，领兵与右将军赵食其合兵后从东路出发。军队没有向导，有时迷失道路，结果落在大将军之后。大将军与单于交战，单于逃跑了，无法追到单于只好回兵。大将军向南渡过沙漠，遇到了前将军和右将军。李广谒见大将军之后，回到自己军中。大将军派长史带着干粮和酒送给李广，顺便向李广和赵食其询问迷失道路的情况，说卫青要给天子上书报告详细的军情。李广没有回答。大将军派长史急切地责令李广幕府的人员前去受审对质。李广说：“校尉们没有罪，是我自己迷失道路，我现在亲自到大将军幕府去受审对质。”
到了大将军幕府，李广对他的部下说：“我从少年起与匈奴打过大小七十多仗，如今有幸跟随大将军出征同单于军队交战，可是大将军又调我的部队去走迂回绕远的路，偏又迷失道路，难道这不是天意吗！况且我已六十多岁了。毕竟不能再面对那些刀笔吏的侮辱。”于是就拔剑白刎了。李广军中的所有将士都为之痛哭。百姓听到这个消息，不论认识的还是不认识的，也不论老的少的无不为李广落泪。