李廣的先祖李信是秦朝名將，精于騎射。李廣從小便得祖上真傳，擅長騎馬射箭，長大后世襲仆射這一官職。李廣曾經跟隨皇帝出行，有沖鋒陷陣抵御敵寇和與猛獸搏斗的經歷，漢文帝贊嘆道：“可惜呀，你若是生在高祖時代，封個萬戶侯不在話下！”

吳楚七國之亂時，李廣任驍騎都尉，跟隨太尉周亞夫反擊吳楚叛軍。在昌邑城下，李廣奪取叛軍軍旗，立了大功，以此聞名天下。后來調為上谷太守，天天與匈奴交戰。典屬國公孫昆邪見李廣的才氣，天下無雙，而且此人頗為自負，屢次與敵虜肉搏，害怕會失去他，于是向漢景帝建言，將其調為上郡太守。李廣先后轉任為陵西、雁門、代郡、云中太守，都因奮力作戰而出名。

匈奴大舉入侵上郡，漢景帝派宦官跟隨李廣整訓士兵，一起抗擊匈奴。一次，這位宦官帶了幾十名騎兵，縱馬馳騁，遭遇三個匈奴人，與他們交戰。沒想到那三個人精于射箭，不僅射傷了宦官，還把幾十名騎兵也射殺將盡。宦官跑到李廣跟前，李廣猜測這三人一定是射雕之人。于是帶著一百名騎兵，急追三人去了。李廣追出幾十里，終于追到了這三人。他命令騎兵散開，從左右兩面包抄，自己親自拉弓與三人比試射箭，結果射死二人，活捉一人。待捆綁好俘虜上馬，卻遠遠望見匈奴有數干騎兵迎面撲來。他們看見李廣，以為是誘敵的騎兵，不敢貿然主動攻擊。李廣的一百騎兵非常恐慌，想轉身回撤。

李廣卻說：“我們離大軍幾十里，現在以一百騎兵這樣逃跑，匈奴一追趕射擊馬上就全完了。現在我們若留下，匈奴一定以為我們是為大軍來誘敵，必然不敢來襲擊我們。”李廣命令騎兵前進到離匈奴陣地二里許停了下來，還令大家解鞍下馬，裝出一副悠然自得的樣子。匈奴騎兵見此，疑惑不解，沒敢襲擊。有個騎白馬的匈奴將軍出陣監護他的兵卒，李廣上馬與十幾名騎兵奔馳前去射殺了這個匈奴將軍，然后又返回到他的騎兵中間，解下馬鞍，命令士兵把馬放開，隨便躺臥。匈奴兵始終覺得很奇怪，不敢出擊。這時候，天暗下來了，匈奴兵害怕漢軍有伏兵在旁邊，會在夜間襲擊他們，便下令全部撤走了。天亮后，李廣回到大軍駐地。由于大軍不知李廣在哪里，因此一直沒有派兵去接應。

漢武帝元光六年，漢武帝遣李廣、公孫敖、公孫賀和衛青四人率四萬大軍分別從雁門、云中、代郡、上谷等地出擊入侵的匈奴軍。由于匈奴兵多勢眾，打敗了李廣的軍隊，還生擒了李廣。單于素聞李廣有才，下令匈奴騎兵將李廣帶回。當時李廣已經受傷，便把他裝在繩編的網兜里，放在兩匹馬中間。李廣為了麻痹匈奴騎兵，故意裝死，就這樣走了十幾里路。他斜眼看到旁邊一匈奴少年騎著一匹好馬，突然，李廣用力縱身一跳，上匈奴少年的馬，奪了他的弓，趁勢把他推下馬去，打馬向南飛馳數十里。

匈奴立即出動幾百騎兵追趕他，李廣邊逃邊用弓射殺追來的騎兵，最后得以逃脫。回到漢朝京城，執法官判決李廣損失部隊太多，而且自己又被匈奴活捉，應斬首。李廣用錢物贖了死罪，被削職為民了。

公元前119年(元狩四年)，漢武帝發動漠北之戰，六十多歲的李廣請戰再三，最后跟隨衛青、霍去病一起遠征大漠匈奴本部。

漢軍出塞后，衛青捉到匈奴兵，知道了單于駐地，于是決定自帶精兵追逐單于。衛青曾暗中受到漢武帝警告，認為李廣年老，命運不好，不要讓他與單于對陣。當時公孫敖丟掉了侯爵任中將軍，隨衛青出征，衛青想借此機會讓公孫敖跟自己一起與單于對敵，因此，衛青故意把李廣調開，命令他和右將軍隊伍合并，從東路出擊。東路不僅迂回繞遠，而且缺乏水草，勢必不能并隊行進。

李廣一心求戰，主動請求衛青改調令，表示愿為前鋒，先與單于決戰。衛青不答應，命令長史寫文書發到李廣的幕府，對他說：“趕快到右將軍部隊中去，照文書上寫的辦。”李廣心中氣憤不已，不向衛青告辭就前往軍部，領兵與趙食其合兵后從東路出發。軍隊沒有向導以致迷路，結果落在衛青的后面。衛青打敗單于，卻沒能活捉單于，只好收兵。衛青南行渡過沙漠，遇到李廣與趙食等人，李廣這才回到自己軍中。

衛青派人給李廣送去干糧和酒，順便向李廣和趙食等人詢問迷路情況。衛青準備給漢武帝上書報告軍情，李廣不答應，衛青又派長史帶李廣幕府人員前去受審對質。

李廣說道：“校尉們無罪，是我迷失道路，我現親自到大將軍幕府去受審對質。”李廣到了大將軍幕府，滿臉皆是悲愴之色，說道：“我從少年起便和匈奴作戰，已有七十多次，如今有幸隨大將軍出征同單于軍隊交戰，可是大將軍卻調我的部隊走迂回繞遠的路，偏偏又迷了路，難道這不是天意嗎？況且我已六十多歲，不能再受那些刀筆吏的污辱。”說完，便拔刀自刎了。

李廣軍中將士聽說李廣自刎了，紛紛為之痛哭。百姓知道后，不論是否認識李廣，不論男女老少都為他落淚。司馬遷后來為他立傳，稱贊他是“桃李不言，下自成蹊”。