1928年3月1日，赵燕侠出生于天津沈家台。1932年，随父母离开天津，走江湖，跑码头，几经辗转，来到武汉。1934年，在武汉天声戏院与毛家班的毛韵珂、毛剑秋父女同台演出京剧剧目《三娘教子》，她饰演娃娃生薛倚哥，此系其第一次登台演出。同年，在汉口广播电台的戏曲节目中演唱了京剧剧目《女起解》，因效果不错而经常去演唱。
1935年春，在父母的陪同下，随顾无为赴长沙，以“七龄红”为艺名挑班演出，“打炮戏”是剧目《樊梨花》，赵燕侠先演薛丁山，后演薛丁山的儿子薛刚。三天过后，又专门设计了“送客戏”“骑龙飞天”（扮成仙女模样，骑在金龙背上，以机关控制移动）。此后，父母又带着她辗转于武汉周围跑码头。
1938年，日寇入侵，武汉沦陷，赵燕侠随父亲从长沙、重庆辗转到厦门等地搭班唱戏。在厦门，赵燕侠首场演的是全本《大英杰烈》，第二场主演《虹霓关》，第三场主演《贺后骂殿》。
1939年，随父母迁居上海，住在外婆家，平时跟着父亲在毛家班（掌班毛韵珂）演出。同年，经剧场老板介绍，开始跟随京剧旦角演员金碧砚学戏，学的第一出戏就是大青衣戏《二堂舍子》，后来又学了剧目《二进宫》，这给她在唱腔方面和青衣的身段方面奠定了规范基础。
1940年，随父母离开上海，辗转南京、济南、天津，在天津住了一段时间，在赵燕侠的大祖父（爷爷的哥哥）赵广顺的戏班唱了一段时间戏，赵燕侠也和她的姑姑们学了几出戏。
1941年，随父母迁徙到北京，住在宣武门外校场口附近的裘字街，后来又搬到广安门内大街的西砖胡同居住，赵燕侠日常接受父亲的严格训练。同年，拜诸茹香为师学青衣花旦戏。1942年8月23日，在姑父高亚杰的介绍下，拜荀慧生为师，学习荀派花旦戏，荀慧生指定由其弟子何佩华直接为赵燕侠说戏。
1943年6月，拜托老师荀慧生帮忙，以高薪代请李凌枫教授青衣戏。此后，赵燕侠在中和戏院正式挂头牌演出，配戏的有叶盛兰、马富禄、侯喜瑞，琴师是沈玉才、鼓师是白登云。第一天打炮戏是全本《十三妹》。接着又主演了剧目《大英杰烈》《大翠屏山》《红娘》等戏。不久，她又与金少山联袂出演了剧目《霸王别姬》；同年12月底，赵燕侠回到天津，在天宝戏院领衔与孟幼冬、梁慧超、陈喜兴、朱斌仙、李德斌等组班主演《大英杰烈》和《拾玉镯·法门寺》等剧目。
1944年初，她又与管绍华、梁慧超等组班演出了《朱痕记》《白蛇传》《红梅阁》《桑园会》《汾河湾》《美人计》《大劈棺》《挑帘裁衣》《十三妹》《戏迷传》《白门楼》《打渔杀家》《龙凤呈祥》等剧目；2月，赴上海天蟾舞台演出，以赵紫绡的名字主演了压轴戏，全本《雷峰塔》。演出结束后，赵燕侠前往北京，演出三个月后，返回天津，继续在天宝戏院挂牌演出。她领衔与周啸天、王泉奎、萧盛萱等组班演出《大英杰烈》《大劈棺》《四郎探母》《红鬃烈马》等剧目。演出期满后，她转移到天津劝业场附近的中国大戏院挑班主演。
1946年春，随父母到徐州演出一个月，主演了《大英杰烈》《十三妹》《红娘》《玉堂春》《虹霓关》等剧目，但因遭遇诈骗，而未能拿到报酬；11月，赵燕侠率班来到上海演出。
1947年，赵燕侠组建“燕鸣社”，在北京、天津、上海等地演出。1949年12月，赵燕侠为响应上海市政府的号召，在大舞台以比平时演出高出10倍的票价，连演了三周，然后她把所得的票款全都捐献给苏北水灾的灾民。同年，首都戏曲界妇女联谊会成立，赵燕侠出任副会长。
1950年1月10日，受邀出席北京市妇联发起的推行公债座谈会，赵燕侠当场认购50份公债。同年，燕鸣社改名燕鸣京剧团，赵燕侠自任团长，在北京、上海与武汉等地演出，其中在上海中国大戏院连演了三个月的剧目《玉堂春》。
1951年元旦起，赵燕侠率剧团来到南昌，与江西剧团搭班在江西工人剧院演出，打炮戏是《红娘》，此外还演了《红楼二尤》《大溪皇庄》《刺巴杰》《辛安驿》《玉堂春》等剧目，至2月1日结束；北京京剧公会为筹建戏曲学校，成立北京私立艺培戏曲学校董事会，赵燕侠任董事会董事，积极参加筹款义演。1952年，为抗美援朝筹款义演。1953年，率领燕鸣京剧团排演第一出新戏《陈妙常》。
1954年2月3日起，率剧团再次来到南昌，与江西剧团搭班在江西剧院演出了《凤还巢》《大英杰烈》《香罗带》《红娘》等剧目。随后又转移到南昌剧场，进行慰问解放军演出，至3月4日结束。此次演出结束后，江西省文艺界召开座谈会，批评赵燕侠及其剧团在演出作风上不够严肃；11月27日起，率领燕鸣京剧团在在江西剧院演出了《勘玉钏》《玉堂春》《红楼二尤》《十三妹》《霍小玉》《红娘》《梁山伯与祝英台》等剧目，但该次演出，遭到了《江西日报》的批评。同年，排演新戏《孟姜女》。
1956年3月，赴扬州演出，打炮戏是全本《玉堂春》；9月，在中国共产党第八次全国代表大会期间，中央办公厅请赵燕侠到中南海演出了传统剧目《虹霓关》。不久又安排了一场演出，由赵燕侠演出剧目《穆柯寨》。同年，根据朝鲜古典剧本排演新戏《春香传》。1957年，根据越剧剧目《盘夫索夫》改编、排演了京剧剧目《盘夫索夫》。
1958年3月16日，在北京率先排演了第一出现代京剧《白毛女》；4月2日起，率领燕鸣京剧团在天蟾舞台陆续主演了《红娘》《十三妹》《红梅阁》《玉堂春》《大英杰烈》《陈妙常》《盘夫索夫》《孟姜女》《春香传》等剧目。同年，排演了现代京剧《爱甩辫子的姑娘》，根据越剧《追鱼》移植排演了剧目《碧波仙子》。1959年，作为新中国成立十周年献礼剧目，重新排演了剧目《碧波仙子》，并进行了较大的加工整理。
1960年3月19日起，率领燕鸣京剧团在南昌剧场演出了《红梅阁》《白毛女》等剧目，至3月31日结束。同年秋，在政府动员下，燕鸣京剧团并入国营的北京京剧团，赵燕侠担任副团长，与马连良、谭富英、张君秋、裘盛戎并列五大头牌；11月18日，赵燕侠加入北京京剧团后的首场演出开演，她演出的剧目是《辛安驿》。
1961年2月14日，北京京剧团在在北京市工人俱乐部举办了联欢晚会，大轴戏是全团演员反串的剧目《八蜡庙》，赵燕侠反串武生“黄霸天”。
1962年夏，与马连良率领演出队在张家口、宣化一带轮换着巡回演出；12月，当选为北京市妇联第五届执行委员会委员。
1963年4月26日，与马连良、张君秋、裘盛戎率团赴香港、澳门演出，赵燕侠表演的剧目有《碧波仙子》《玉堂春》等；6月24日，回到广州，陶铸特意安排全体团员到肇庆温泉休养，又请赵燕侠与姜妙香在广州中山堂再次主演剧目《玉堂春》。回到北京后，萨空了团长也特意安排由赵燕侠向中央和北京市领导做赴港澳演出工作汇报，并且在中南海的怀仁堂给中央领导再次演出了她与姜妙香合作的剧目《玉堂春》。此后不久，就传来根据周恩来总理的指示，开始排练并演出了剧目《白蛇传》。同年底，开始被江青请到中南海的家中谈话，此后不久，开始对沪剧《芦荡火种》改编的京剧剧目《地下联络员》进行排演，赵燕侠饰演阿庆嫂；12月5日，进行了第一次审查，结果没能通过。
1964年1月8日，赵燕侠等剧组人员到解放军部队参加军事训练，体验生活，然后继续排演《地下联络员》；3月底，《地下联络员》改名为原名《芦荡火种》，并通过了第二次审查，随后进行了正式公演；4月27日，刘少奇、周恩来、董必武、邓小平、陈毅等中央领导同志观看了演出，并表示认可。同年夏，参加了“全国京剧现代戏观摩汇演”，赵燕侠主演了《芦荡火种》（后又改名为《沙家浜》）。同时又与马连良、裘盛戎、马富禄联合主演了现代京剧《杜鹃山》。同年底，江青要求北京京剧团排演剧目《江姐》，并要求由赵燕侠主演江姐。同年，被选举为第三届全国人民代表大会代表。
1965年3月，按江青要求，到重庆渣滓洞监狱，戴上手铐、脚镣，被单独关押在牢房中或提审、用刑、放风、越狱等“体验生活”；4月16日，应江青要求，到上海演出剧目《沙家浜》。1966年，“文革”开始前，江青要赵燕侠揭发北京市委和北京京剧团的问题，赵燕侠没有理睬，由此激怒了江青；11月28日，在人民大会堂召开的“全国文艺界文化革命大会”上，赵燕侠被江青当众点名为“黑帮”“现行反革命”“戏霸”。从此被连续批斗、游街、强迫劳动，随后又被下放到“五七干校”劳动改造4年。期间，不允许她吊嗓子、练功。
1969年4月底，江青打算把《沙家浜》拍成电影，就将赵燕侠临时从干校调回剧团，指导洪雪飞（电影中扮演阿庆嫂的演员）表演，但禁止她直接给洪雪飞讲解，而是通过别人传话；8月，在交完洪雪飞，即将拍摄成电影时，又以“516反革命分子”的名义对她开始了第二次批斗和关押。
1970年1月10日，到小汤山五七干校劳动改造。1973年，江青又宣布解放赵燕侠，令其到戏校教学。1975年，当选为第四届全国人民代表大会代表。
1976年，开始每天坚持练功、吊嗓，为复出做准备。同年，北京电影制片厂为其拍摄了戏曲电影《红娘》《辛安驿》、电视录像《拾玉镯》。
1977年，赵燕侠正式重返舞台，开始出席各种“粉碎四人帮”的庆祝活动，陆续演唱京剧《沙家浜》、赵朴初词《金缕曲》、毛泽东词《蝶恋花》等。同年2月，随文化部到唐山灾区慰问演出。
1978年3月，出席全国人民代表大会第五次会议和全国文联代表大会。会后，为庆祝五一国际劳动节，北京京剧院和中国京剧院联台演出了新编剧目《闯王旗》，赵燕使饰演高夫人。
1979年1月，在首都体育馆纪念周恩来总理逝世三周年大会上，赵燕侠用京剧清腔唱了赵朴初写的悼念周总理的一首诗；2月，赴关系边防慰问演出。同年，北京京剧团恢复，赵燕侠任一团团长。
1980年3月25日，为纪念马连良80诞辰，演出剧目《龙凤呈祥》，赵燕侠饰演孙尚香；8月9日至11月5日，率团赴美国华盛顿、纽约等十大城市演出，共演出82场，剧目主要有《碧波仙子》《辛安驿》《拾玉镯》等。同年，任北京京剧院艺术委员会主任，并加入了中国共产党。
1981年4月1日，在国家文化部部长朱穆之和北京市委第一书记段君的支持下，率北京京剧院一团实施改革，实行“大包干”管理，组建了一支80人的演出队，恢复“跑码头”的做法到全国各地演出；同年，到武汉演出时，指导女儿张雏燕首次在武汉人民剧院彩排并主演了剧目《拾玉镯》。
1982年秋，率团赴上海演出，随后又率团赴无锡演出。1983年2月13日，率团赴厦门演出。同年，当选为第六届全国人民代表大会代表。1985年，赴江苏省各地演出。同年，赴天津第一文化宫演出。
1986年，剧院改革，赵燕侠的北京京剧团一团改为六团，仍由其担任团长；4月10日，应江西省文化厅邀请，率团赴南昌演出了《玉堂春》《红梅阁》《碧波仙子》《潇湘夜雨》等剧目；5月，赵燕侠率团赴四川演出，历时39天，演出27场，她本人主演了19场戏。期间，还为成都残疾人福利基金会筹款义演。同年，还应邀赴天津大戏院演出。
1988年，60岁的赵燕侠被单位强制退休。同年，专程赴故乡天津市武清县慰问乡亲义演。此后又赴山东青岛和河南等地分别演出曲目《白蛇传》《玉堂春》《碧波仙子》《四郎探母》等。
1989年9月4日，作为艺术顾问，随北京京剧院演出团赴民主德国参加民主德国国庆和中德友好周活动；随后又赴南斯拉夫参加贝尔格莱德戏剧节，访问了萨拉热窝和斯洛文尼亚共和国，于10月6日结束访问回国。
1991年，为纪念田汉诞辰九十四周年，北京市京剧昆曲振兴协会在吉祥戏院演出，赵燕侠与女儿张雏燕合演了剧目《白蛇传》。1993年10月，赵燕侠应邀到武汉演出，连演5天。
1995年，“赵燕侠舞台生活六十周年”庆祝活动在北京市工人俱乐部举行，她连演了《碧波仙子》《玉堂春》《红梅阁》《白蛇传》等剧目。此后，又相继到天津、上海巡回演出。1996年，赵燕侠正式告别舞台。
2002年初，北京戏曲艺术职业学院院长孙毓敏向负责“音配像”的全国政协主席李瑞环建议，为赵燕侠的演出录音进行配像工作，李瑞环表示赞同。同年4月7日，李瑞环在全国政协礼堂会见了赵燕侠，当面指定由天津市委宣传部部长叶厚荣、北京戏曲艺术职业学院院长孙毓敏、小生叶少兰负责协助；7月4日，正式开始录制。
2006年8月31日，赵燕侠的演出录音配像工作正式完成，共录制了《碧波仙子》《红梅阁》《白蛇传》《潇湘夜雨》《孙玉姣》五部戏；11月8日，赵燕侠获得了由中国文联颁发的“表演艺术成就奖”。2007年7月，与女儿张雏燕参加了中央电视台庆祝“音配像”胜利完成晚会；10月19日，应邀参加了全国老艺术家演唱会，与张学津、李长春登场清唱剧目《沙家浜》选段《智斗》。
2008年，汶川地震，赵燕侠捐赠一个月退休金。同年，被确定为首批北京市级非物质文化遗产项目京剧代表性传承人、第二批国家级非物质文化遗产项目京剧代表性传承人。2011年1月11日，获得了第五届中国戏曲表演“终身成就奖”。
2012年12月下旬，为祝贺赵燕侠舞台生活80年，北京京剧院和北京戏曲艺术发展基金会连续举办四场赵派经典剧目展演。31日的最后一场演出后，赵燕侠亲自登台与观众见面。演出前还举办了《赵燕侠》画册、《赵燕侠唱片专辑》和《自成一派赵燕侠》的签名发售仪式。
2013年1月14日，北京京剧院在院内办公楼举行包括赵燕侠在内的9位京剧前辈塑像揭幕仪式。2015年6月23日，赵燕侠参加由北京市委宣传部、市文化局和北京京剧院主办的谭元寿先生舞台生活八十周年座谈会。
2018年4月10日至16日，北京京剧院推出“庆祝著名京剧表演艺术家赵燕侠先生诞辰90周年暨舞台生活85周年展演”活动。同年，由张茂杰、郝永清整理的《赵燕侠唱腔曲谱集》发布，赵燕侠亲自为曲谱集揭开盖头并赠送给学生。
