1905年10月27日赵一曼出生在四川省宜宾县北部白杨嘴村一个封建地主家庭。父亲李鸿绪，曾花钱捐了个“监生”的功名，后自学中医，为乡里看病。母亲兰明福，操持家务，共生六女三男，一曼排行为七。1913年8岁，赵一曼入“私塾”学习，成绩良好。1918年13岁，父亲逝去，由大哥李席儒和大嫂周帮翰管家。
1924年大姐夫郑佑之（中共首届四川省委委员）介绍她加入社会主义青年团。
1926年2月28日考入宜宾女子中学（现宜宾第二中学）。读书时，被选为女中学生会常委兼交际股股长、宜宾妇联常委会主席。同年，宜宾特别支部成立时，她即由团员转为共产党员，同时担任宜宾妇联和学联党团书记。
1926年5月，“五卅”运动一周年时，正是抵制洋货的高潮。赵一曼按照中共的指示组织党团员在学生中宣传，抵制英国煤油轮船靠拢宜宾码头，学生们遭到了武装镇压，由此引发了全城罢工、罢市、罢课。1926年夏加入中国共产党。1926年10月，赵一曼考进武汉黄埔军校。11月，入武汉中央军事政治学校学习。
1927年9月，去苏联莫斯科中山大学学习。
1928年冬奉命回国，赵一曼先后在宜昌，上海，江西等地从事秘密工作。1928年4月，赵一曼与湖南人陈达邦结婚。婚后不久怀孕。11月，赵一曼回到上海。12月，被派到宜昌工作。在宜昌产下一子。取名“宁儿”。
1930年，赵一曼带孩子回到上海，抱孩子寄养在陈达邦大哥陈岳云家。
1931年“九一八”事变后，调到东北，在沈阳工厂中领导工人斗争。
1932年赵一曼任满洲总工会秘书，组织部长。
1933年，赵一曼任哈尔滨总工会代理书记。同年4月，参加领导了哈尔滨电车工人反日罢工斗争。为掩护身份，她曾同满洲总工会负责人老曹（黄维新）假称夫妻。
1934年春，赵一曼任中共珠河中心县委委员、铁北区区委书记，发动群众，建立农民游击队，配合抗日部队作战。后兼任东北人民革命军第三军第二团政治委员，率部活动于哈尔滨以东地区，给日伪以沉重的打击。7月，她赴哈尔滨以东的抗日游击区，任珠河中心县委委员，后任珠河区委书记，一度被抗联战士误认为是赵尚志总司令的妹妹。
1935年秋，赵一曼兼任东北人民革命军第三军一师二团政委，群众亲切称她“瘦李”、“李姐”，而当地战士们则称她为“我们的女政委”。日伪报纸也惊叹的这位“红枪白马”的妇女。
1935年11月，在与日军作战中，赵一曼为掩护部队腿部负伤后在昏迷中被俘。日军为了从赵一曼口中获取到有价值的情报，找了一名军医对其腿伤进行了简单治疗后，连夜对其进行了审讯。
在狱中，日本人动用酷刑，她没有吐露任何信息。赵一曼忍着伤痛怒斥日军侵略中国以来的各种的罪行。日军见赵一曼不肯屈服，使用马鞭狠戳其腿部伤口。身负重伤的赵一曼表现出了一个中国人保卫民族的决心，痛的几次昏了过去，仍坚贞不屈说：“我的目的，我的主义，我的信念，就是反满抗日。”没说出一字有关抗联的情况。
1935年12月13日，因赵一曼腿部伤势严重，生命垂危，日军为得到重要口供，将她送到哈尔滨市立医院进行监视治疗。赵一曼在住院期间，利用各种机会向看守她的警察董宪勋与女护士韩勇义进行反日爱国主义思想教育，受到教育的两人决定帮助赵一曼逃离日军魔掌。
1936年6月28日，董宪勋与韩勇义将赵一曼背出医院送上了事先雇来的小汽车，经过辗转后，赵一曼到了阿城县境内的金家窝棚董宪勋的叔叔家中。1936年6月30日，赵一曼在奔往抗日游击区的途中不幸被日军追上，再次落入日军的手里。赵一曼被带回哈尔滨后，日本军警对她进行了老虎凳、灌辣椒水，电刑等酷刑。但她始终坚贞不屈，没有吐露任何实情。日军知道从赵一曼的口中得不到有用的情报，决定把她送回珠河县处死“示众”。
1936年8月1日，日军将她押往珠河。8月2日，日军将其绑在大车上，在珠河县城“游街示众”。此时，赵一曼牺牲之前，面对敌人的屠刀，她高呼“打倒日本帝国主义”、“中国共产党万岁”的口号。当赵一曼昂首走到小北门外的草坪中央时，几个军警的枪口对准她。一个日军军官走到赵一曼跟前问：“你还有什么话要讲吗？”赵一曼怒视着，把手中的纸卷递过去说：“把这些话传给我家乡的儿子！” 日军官看过字条，向军警们猛一挥手，罪恶的子弹射进赵一曼的躯体，牺牲于珠河县（今黑龙江省尚志县）小北门外，年仅31岁。
聂荣臻评价赵一曼：“赵一曼同志早在二十年代就参加了我党领导的轰轰烈烈的干革命斗争，并为民族解放献出最宝贵的生命！表现了中华女儿的英雄气慨和共产党员的高贵品质。她的伟大的英雄形象和光辉业绩永远激励着中华儿女坚毅不拔开拓前进，为全人类的解放奋斗不息！抗日民族英雄赵一曼烈士永垂不朽！”
董必武为赵一曼赋诗：“革命潮声杂鼓鼙，宜宾儿女动深闺。焉能照旧营生活？奋起从军弁易笄。北伐旗开胜未终，叛徒决策反工农。招来日寇山东阻，民族危机迫再逢。 北去南来党命御，不因负病卸仔肩。工农解放须参与，抗日矛头应在先。抗倭未胜竟成俘，不屈严刑骂寇仇。自是中华好儿女，珠河血迹史千秋。”
陈毅评价赵一曼道：“生为人民干部，死为革命英雄。临敌大节不辱，永记人民心中。”
赵一曼被哈尔滨人民尊称为“白山黑水”民族魂，哈尔滨市委党史研究室则称其为“万民永忆女先锋。”
