1898年生于一个农民家庭，山东荷泽人。家境贫寒，塑造了他的嫉恶如仇的性格。1914年，与兄长赵登尧等离家乡，投入第十六混成旅冯玉祥部当兵。1916年，任冯玉祥卫士。1922年后，历任排长、连长、营长、团长、旅长、师长等职。曾参加北伐战争和凤翔剿匪，屡立战功。1929年，国民党军改编，回任第二十八旅旅长。1930年，改任第二十九军三十七师一○九旅旅长。

　　1933年1月，日军进犯山海关。奉令率部作为先头部队，移军通县，继驻三河、蓟县，构筑工事备战。2月23日，奉命增援冷口守军。

3月8日，改令接防喜峰口。10日，率部夜袭日军营地，砍死日军数以百计，夺机枪10余挺，烧毁日军辎重车10余辆。

11日，奉令再次绕袭日军后方，毙敌百余人，毁敌炮18门。14日拂晓，督部乘敌不备，全线出击，杀伤大量日军，恢复原阵地。4月11日，日军突破冷口，继犯滦东，对二十九军形成前后夹击的形势。二十九军被迫放弃喜峰口阵地。长城抗战后，因功擢升为第二十九军一三二师师长，率部回驻察哈尔。

1935年底，率部移驻河北河间等地，担负后路增援任务。同年，被任命为河北省政府委员，叙级陆军中将。“七七”事变后，率部北上，与三十七师换防。7月27日，率先行团进抵南苑军部。28日晨，日军主力在飞机数十架的支援下向南苑发起猛攻，与二十九军副军长佟麟阁一起指挥南苑驻军顽强抵抗。右臂中弹负伤，部属劝其退出战斗，执意不肯。未久，腿部等处亦受伤，仍督部力战。后奉命率部向城南大红门集结，准备反击，不幸被日军伏兵击中胸部，壮烈殉国。殉国后，1937年7月31日，国民政府明令褒扬，追授其为陆军上将。

　　1946年3月，北平市政府的各界人士在八宝山忠烈祠为其举行隆重的入祠仪式。1947年3月13日，赵登禹生前在北京居住过的北河沿大街被命名为“赵登禹路”。北京通州古运河西岸的东大街也更名为“赵登禹大街”。中华人民共和国成立后，中央人民政府主席毛泽东于1952年6月11日亲笔签署了革命烈士证书，颁发给其家属。1980年6月，北京市人民政府将其墓修葺一新，并树碑，以志纪念。