李广的先祖李信是秦朝名将，曾率军击败燕太子丹。李广家族世代接受仆射这一官职。他们老家在槐里，后迁徙到成纪。李广家世代传习射箭。
公元前166年（汉文帝十四年），匈奴大举入侵萧关，李广以良家子弟的身份从军抗击匈奴，因为精通骑马射箭，斩杀匈奴首级很多，被任为汉中郎。李广曾经随从皇帝出行，有冲锋陷阵抵御敌寇和与猛兽搏斗的事，因而汉文帝说：“可惜呀，你没遇到时机，假如让你生在高祖时代，封个万户侯不在话下！” 汉景帝即位后，李广任陇西都尉，又改任骑郎将。
吴楚七国之乱时，李广任骁骑都尉，随太尉周亚夫反击吴楚叛军。在昌邑城下，夺取叛军军旗，立了大功，以此名声显扬。但因梁王授下授给他将军印，还师后，没有给予封赏。调为上谷太守，天天与匈奴交战。典属国公孙昆邪哭着对汉景帝说：“李广的才气，天下无双，他自负，屡次与敌虏肉搏，恐怕会失去他。”于是调他为上郡太守。后来转任边郡太守，曾为陵西、雁门、代郡、云中太守，都因奋力作战而出名。
匈奴大举入侵上郡时，汉景帝派亲近的宦官跟随李广整训士兵，抗击匈奴。一次，这位宦官带了几十名骑兵，纵马驰骋，遇到三个匈奴人，与他们交战。那三个人转身射箭，伤了宦官，那几十名骑兵也被射杀将尽。宦官跑到李广跟前，李广说：“这一定是射雕的人。”李广于是带一百名骑兵，急追这三个人。那三个人没有马，徒步行走，走了几十里。李广命令骑兵散开，从左右两面包抄，并亲自射击那三人，结果射死二人，活捉一人，果然是匈奴射雕的人。待捆绑好俘虏上马，望见匈奴有数干骑兵。他们看见李广，以为是诱敌的骑兵，都吃一惊，上山布阵。李广的一百骑兵也非常恐慌，想奔驰转回。
李广说：“我们离大军几十里，现在以一百骑兵这样逃跑，匈奴一追赶射击马上就全完了。现在我们若留下，匈奴一定以为我们是为大军来诱敌，必然不敢来袭击我们。”李广命令骑兵说：“前进！”进到约离匈奴阵地二里许停了下来，又下令说：“都下马解鞍！”他的骑兵说：“敌人多而且离得近，如果有紧急情况，怎么办？”李广说：“那些敌人以为我们会走，现在都解鞍就表示不走，可以使敌人更加坚持认为我们是来诱敌的错误判断。”于是匈奴骑兵就没敢袭击。有个骑白马的匈奴将军出阵监护他的兵卒，李广上马与十几名骑兵奔驰前去射杀了这个匈奴白马将军，然后又返回到他的骑兵中间，解下马鞍，命令士兵把马放开，随便躺卧。这时刚好天黑，匈奴兵始终觉得很奇怪，不敢出击。夜半时，匈奴兵还以为汉军有伏兵在旁边准备夜间袭击他们，而全部撤走了。天亮，李广回到大军驻地。大军不知李广在哪里，所以没有派兵去接应。
公元前141年（汉景帝后元三年），汉景帝驾崩，汉武帝即位。左右近臣都认为李广是名将，于是李广由上郡太守调任未央宫禁卫军长官，程不识也来任长乐宫禁卫军长官。
程不识和李广从前都任边郡太守并兼管军队驻防，到出兵攻打匈奴的时侯，李广行军无严格队列、阵势，靠近水草丰盛的地方驻扎军队，停宿的地方人人都感到便利，晚上也不打更自卫，幕府简化各种文书簿册，但他远远地布置了哨兵，所以不曾遭到过危险。程不识对队伍编制、行军队列驻营阵势要求很严格，夜里打更，文书军吏处理考绩等公文簿册毫不含糊，甚至通宵达旦，军队得不到休息，但也不曾遇到危险。
程不识说：“李广治军简便易行，然而敌人如果突然进犯，他就无法阻挡了。而他的士卒倒也安逸快乐，都甘心为他拼命。我的军队虽军务繁忙，但敌人也不敢侵犯我。”那时，李广、程不识都是汉朝边郡名将，但匈奴害怕李广的谋略，士兵也大多愿跟随李广，而以跟随程不识为苦。
公元前133年（汉武帝元光二年），汉武帝听从王恢之言，在马邑伏重兵意图围歼匈奴，但因单于生疑退兵而作罢。李广马邑之战时是骁骑将军，属护军将军，因此无功而返。
公元前129年（汉武帝元光六年），汉武帝遣李广、公孙敖、公孙贺和卫青四人率四万大军分别从雁门、云中、代郡、上谷四个方面同时出击入侵的匈奴军。单于素闻李广有才，下令说：“俘获李广定要活着送来。”匈奴骑兵俘虏李广时李广正生病受伤，就把他放在两匹马中间，装在绳编的网兜里躺着。走了十多里李广装着死去，他斜眼看到旁边一个匈奴少年骑着一匹好马，李广突然纵身跳上匈奴少年的马，趁势把少年推下去，夺了他的弓，打马向南飞驰数十里，重又遇到他的残部，于是带领他们进入关塞。
匈奴出动骑兵几百名来追赶他，李广边逃边用弓射杀追来的骑兵，得以逃脱，回到汉朝京城，朝廷把李广交给执法官吏。执法官判决李广损失伤亡太多，自己又被匈奴活捉，应斩首。李广用钱物赎了死罪，削职为民。