趙又廷為臺灣資深藝人趙樹海次子，于國小時期赴加拿大就學，2007年畢業于加拿大維多利亞大學社會科學系經濟專業。
2009年從加拿大學成返國之后參加電視劇《痞子英雄》征選并獲得勝出，主演的第一部作品《痞子英雄》3月29日在臺北信義威秀廣場舉辦盛大的首映見面會，10月16日，趙又廷以新人之資憑《痞子英雄》榮獲臺灣第44屆金鐘獎最佳男主角獎。
2010年，趙又廷接拍鈕承澤導演的臺灣電影《艋胛》，上映后全臺票房過2億，取得了臺灣本土電影2010年度票房第一的成績，并憑借《艋舺》獲第5屆亞洲電影大獎最佳新演員獎。
2012年2月13日，與鈕承澤導演再度合作，主演的《LOVE》趙又廷飾演的馬克是八位主角中情感關系非常復雜的一位，與趙薇和舒淇都有情感糾葛，在海外上映，成為2012年中國電影北美票房冠軍。
2012年6月至7月，主演的三部影片《第一次》《痞子英雄之全面開戰》《搜索》接連上映。《第一次》作為一部小成本青春純愛影片，取得了兩周票房連冠。而在《痞子英雄之全面開戰》中，趙又廷延續了電視劇版中的角色，與Angelababy和黃渤合作，呈現了一部大場面動作影片，內地票房近億元。
2012年7月6日上映的由陳凱歌導演的《搜索》趙又廷飾演男主角楊守誠，楊守誠失業且負債累累，卻與高圓圓飾演的葉藍秋邂逅，也因此經歷了一場靈魂的“意外旅行”。影片上映2周后票房實現逆增長，最終以1.8億人民幣收官。
2013年4月26日起，由趙薇執導，趙又廷、韓庚等主演的電影《致我們終將逝去的青春》在影片中出演男主角陳孝正。首映日票房達到4650萬元，上映第三天，影片以5200萬元的成績，打破單日華語片票房紀錄。
2014年10月，由趙又廷、林更新、黃渤等主演的災難動作片《痞子英雄：黎明升起》定于10月1日上檔。
2015年5月，參演呂克·貝松執導的電影《勇士之門》；9月30號，主演陸川導演的3D冒險片《九層妖塔》在中國內地上映。
