赵广汉字子都,涿郡蠡吾(今河北保定)人,蠡吾以前属于河间郡。赵广汉年轻时为郡吏、州从事,以廉洁通达、才识敏捷、礼贤下士闻名。经考核为阳翟县令。因为治行优异,调升为京辅都尉,守京兆尹。恰逢昭帝去世,新丰人杜建做京兆掾。杜建一向豪侠,宾客为奸利,赵广汉闻知此事,先婉言劝告。杜建不改,于是收捕法办。许多中朝贵人和地方豪强为他多方说情,赵广汉终无所听。杜家宗族和宾客策划劫狱救杜建。赵广汉完全掌握了他们的计谋和主谋的举止动向,于是派部下告诉他们:“你们如果计划这样做,将一并灭除你家。”在这样一种情况下,赵广汉命令几个官吏将杜建押到街市斩首,没有人敢靠近,得到京城人的称赞。
后来赵广汉升颍川太守。郡中大族原氏、褚氏宗族横恣,宾客犯为盗贼,前任二千石不能擒制。赵广汉到任几个月后,杀掉原氏、褚氏首恶,郡中震栗。先前,颍川豪杰大姓互相结为婚姻,官吏结为朋党。赵广汉忧虑此事,于是想了一个办法,选择其中可使用的让他们办案。案发已得罪名的,依法惩处。在此过程中,赵广汉还故意泄露他们的供词,使他们互相怨咎。又教下属设密告箱筒,得到检举书后,去掉告密人的姓名,而假托是豪杰大族子弟所告言。采取这样的方法后,当地的强宗大族互相结为了冤家对头,于是奸党散落,风俗大改。官吏、人民互相告发揭露,赵广汉得以为耳目,盗贼因此不敢作案。这些权宜之计使诸事皆得治理,赵广汉威名流传,甚至匈奴投降的人说在匈奴都闻知其威名。
本始二年(公元前72年),汉朝派出五位将军攻击匈奴,征调赵广汉以太守的身份带兵,隶属蒲类将军赵充国。随军队回来后,又再次代理京兆尹。满一年后,正式担任京兆尹。赵广汉虽然身为二千石官员,但他和颜待人接物,对待部属尉吏殷勤备至。事功推善,归之于下,说:“这是某掾卿所做,不是我太守所能做到的。”这些行动出于至诚之心。属吏见到他都能倾诉自己的心腹之言,没有任何隐藏的,都愿意被他驱使,再累也不躲避。赵广汉耳聪目明,属吏的能力、适合做的事,及办事尽力与否,他都知道。对于有问题的属吏,总是先打招呼,劝说不改,才收捕他,无一逃脱。
赵广汉为人刚强有毅力,精于吏职。同其他官吏及百姓见面,有时候可以通宵不寐直到天亮。他尤其善用钩距的方法来弄清楚事情的真相。钩距的方法是这样:如果想知道马的价钱,就先问狗的价钱,接着问羊的价钱,牛的价钱,最后再问马的价钱,反复比较、检验这些价钱,按照事物种类不同加以度量,这样就可以知道马价的高低,基本不会偏离实际情况。这种方法只有赵广汉能够运用得很精妙,其他仿效者都比不上他。赵广汉对郡中里巷盗贼和行为不轨者的藏身匿居之所,对其他官吏即使轻微的受贿行为,全都了解。有一次,几个年轻人在长安城偏僻的巷子中一处无人居住的房子里会面,商量一起抢劫,坐下来还没说完,赵广汉派的吏员就到了,逮捕了他们,后经审讯,那伙人全部承认犯罪事实。起初,大将军霍光秉政,赵广汉事奉霍光。等到霍光死后,赵广汉心知天子未言明的心意,于是发动长安属吏,亲自带领,一起到霍光的儿子陆侯霍禹家,直闯入其门,搜索私屠私酤的罪证,打烂酒垆酒坛,用斧头砍破门而后离去。当时,霍光的女儿为皇后,听说此事,对皇帝哭泣。皇帝内心赞许此事,召问赵广汉。赵广汉由此侵犯贵戚大臣。他的官府好用世代为吏的子孙中新晋的年轻人,特别鼓励他们的强壮锋锐之气,见事风行,无所回避,大多果断决计,没有迟疑的。赵广汉最终因此身败。
赵广汉虽然因犯法而被杀,但是因为任京兆尹廉明,威制豪强,小民各得其所,百姓追思、歌颂。