趙子昂名叫趙孟頫，子昂是他的字，他是宋太祖兒子秦王趙德芳的後代。趙子昂從小就很聰明，14歲的時候因為宗室的身份擔任了真州司戶參軍。南宋滅亡後，他回到故鄉隱居下來。
忽必烈派程钜夫去江南尋找人才，結果找到了趙子昂，把他推薦給忽必烈。趙子昂才華橫溢，相貌出眾，忽必烈看到他後很高興，給他賜座。有人說趙子昂是宋朝宗室，不能把他放在皇帝身邊，但忽必烈不聽。當時剛剛設立尚書省，忽必烈請趙子昂起草詔書，寫成後拿給忽必烈看，忽必烈看了之後很滿意，說：“把我要說的話都說出來了。”忽必烈想重用趙子昂，但很多人反對，這事就擱了下來。
一年後，趙子昂被任命為兵部郎中。當時驛站歸兵部管，負責供應來往使臣的食宿。而那些使臣奢侈浪費，驛站無法滿足他們的要求，隻好用強製手段向老百姓索要，搞得民怨沸騰。趙子昂針對這一現狀向中書省申請增加驛站的經費，減輕了百姓的負擔。元朝發行了很多紙幣，由於種種原因發行遇到了困難。忽必烈派趙子昂去江南責問當地官員為何怠慢政令，授予他可以拷打官員的權力。趙子昂順利完成了任務，沒有拷打一個人。
忽必烈非常寵愛趙子昂，有一次趙子昂在皇宮圍牆外麵行走的時候，由於道路狹窄，不小心掉進了河裏。忽必烈知道這事後下令把圍牆往裏麵移了兩丈，以防趙子昂再掉進河裏。趙子昂為官清廉，雖然官做得很大，但還是很窮，忽必烈下令賜給他五十錠錢貼補家用。
忽必烈有一次問趙子昂他覺得葉李和留夢炎兩個人誰優誰劣。趙子昂回答道：“留夢炎是我父親的朋友，他為人忠厚守信，能謀善斷，有大臣的器量。葉李讀過的書我也讀過，他和我差不多。”忽必烈說：“那你就認為留夢炎比葉李好了？留夢炎當初是宋朝的狀元，一直當到了丞相一職。賈似道當權的時候，留夢炎不光不規勸，反而曲意討好賈似道。葉李當初是個老百姓，卻敢冒死向皇帝上書。我看葉李比留夢炎強，我知道你是因為留夢炎是你父親的朋友，所以不敢說他的不是，但你可以寫詩譏諷嘛。”
忽必烈曾經問趙子昂：“你是宋太祖的後代還是宋太宗的後代？”趙子昂回答道：“我是宋太祖的第十一代孫。”忽必烈又問：“那宋太祖的行為你都知道嗎？”趙子昂說不了解。忽必烈說：“宋太祖的行為我都了解，有很多值得我學習的地方。”趙子昂覺得自己如果在皇帝身邊待太久的話，一定會被猜忌，於是請求讓自己到外地做官。趙子昂到外地做官後，對百姓們很好，留下了斷案如神的名聲。
水村圖 元 趙子昂 紙本
元仁宗即位後，把趙子昂召回了京城，對他很好。元仁宗曾和大臣們討論文學，認為趙子昂可以和李白、蘇軾等人媲美，還稱讚趙子昂品學兼優，書法和繪畫尤其出眾，別人都比不了。很多嫉妒他的人在皇帝麵前說他壞話，但皇帝都裝作沒聽見。有人上書說趙子昂是宋朝皇室後代，修訂國史不應該讓他參與其中。皇帝說：“趙子昂是世祖皇帝親自提拔的，我對他那麽好，讓他主管修訂國史，這是對他的信任。你們這些人囉裏囉唆地想幹什麽呢！”趙子昂有幾個月沒有上朝，皇帝一問才知道他是因為歲數大了，又怕冷，所以就不怎麽出來了，馬上下令賜給他貂皮大衣。
趙子昂博學多才，寫了不少書。他精通音樂，寫了《琴原》和《樂原》。趙子昂的書法也很出名，曾有個天竺的僧人不遠萬裏地來求他的書法，被天竺人視為國寶。趙子昂的畫更是古今一絕，尤其是畫馬，簡直惟妙惟肖。楊載認為，趙子昂的才能很大程度上都被他的書畫名聲給掩蓋住了。了解他書畫成就的人不了解他文學方麵的成就，而了解他文學成就的人，又不了解他的政治才幹。趙子昂在69歲那年去世，追封魏國公，諡號文敏。