赵薇祖籍安徽省无为县六洲街，爷爷赵正松在六洲街上街头开了家挂面店，后来过江到江南参加了皖南新四军，在皖南事变中牺牲，被追认为烈士。政府为了照顾他们家，特意安排赵薇的奶奶负责芜湖二街的自来水供应站的工作，以贴补一点家用。
赵薇的父亲赵家海是从事房地产方面的工程师，母亲魏启颖则为小学教师，她还有一个比她年长7岁的哥哥赵健。赵薇的舅舅魏启民是一名电影演员，曾在上海人民艺术剧院任话剧团团长，主演过电影《陈毅市长》等。赵薇母亲的祖上是芜湖富商，曾经生活在芜湖长街魏家大院，赵薇偶尔也到魏家大院看看外婆，听外婆讲过去的故事。1993年，赵薇在拍摄电影《画魂》期间，她的奶奶去世；拍完戏后她赶回家，在奶奶的墓碑上刻上了“不孝孙赵薇”。从那以后，每逢清明，赵薇无论身在何处，都会以传统的方式朝着长江以北六洲方向磕头。
1994年，赵薇放弃芜湖师范学校的毕业分配，向学校请了几个月的病假，在家复习文化功课准备考试，最终考上了谢晋导演主办的恒通影视学校。1996年，她以全国第一的成绩考入北京电影学院表演系本科班，在校期间，14门课程5门优秀、9门优良，毕业论文亦获得了90分。
2007年，赵薇考入了北京电影学院导演系的艺术硕士（MFA），并淡出娱乐圈一年进行了基础和专业课的学习，而她的导师则是导演田壮壮。
2008年，赵薇与商人黄有龙交往；同年，二人注册结婚。2009年，赵薇因为没有在规定时间内提交毕业作品而延期毕业。2010年4月11日，赵薇在新加坡鹰阁医院剖腹产生下一女，女儿大名叫做黄新，小名叫做小四月。
2012年6月15日，赵薇完成了北京电影学院导演系硕士毕业答辩，她的研究生毕业作品《致我们终将逝去的青春》被导师打了99分。
赵薇属于传统的大眼美女，脸型不长，略圆，额头平实光洁，整个人显得很可爱。赵薇的个性大大咧咧的，通过多部影视作品的历练，从一个个个性迥异的角色中慢慢成长起来，而她本人的时尚风格也越来越有“熟女”的味道（（李东田、《中国美容时尚报》、《时尚COSMO》评））。
在电视剧《还珠格格》中，赵薇展现了其本色自然的演技。从她的身上能看出，就算演技再不纯熟，也会被赠送一枚本色出演的偶像派金字招牌。她将小燕子的活泼可爱、天真无邪、机灵透顶、愣头青、没心没肺等特点都一把抓过来融俗为巧，而她在剧中所展现的可爱一面，则都是发自内心的，不是装出来的。赵薇凭借大大的眼睛、耍宝古灵精怪的表演，将小燕子演成了不可复制的经典（华声在线、环球网、北方网、《重庆晨报》评）。
在电视剧《情深深雨濛濛》中，她的演技明显有了突破，留起发辫的赵薇无疑是剧中的一个亮点，虽然依然是那双美丽的大眼睛，但她却变得动人了（《华商报》评）。
《天下无双》是赵薇在电影中最出色的一次喜剧表演。不同于电视剧《还珠格格》中的“赵薇式”小燕子表演和《侠女闯天关》中的台湾式无厘头表演，赵薇在片中并没有偷机取巧，而采取了另外一种嬉皮士的表演。不见痕迹地把凤姐的娇憨表现了出来。赵薇从影以来让人印象深刻的喜剧表演无论反响如何，基本上都没有用雷同的方法，这也正是香港的刘镇伟、王家卫和台湾的朱延平等（国际在线评）。
赵薇好像一个男人一样，很有义气，很尊重电影，在电影《三人行》片场里她表现出来的状态，不是一个大明星，也不是一个阔太太，而是很有专业精神（杜琪峰评）。在《玉观音》里面，她抓住了“安心”的灵魂，演绎出力量感和质感（《南方都市报》评）。
赵薇的嗓音里有着一丝感性，在录音过程中非常认真，唱腔与王菲有点相像。她不仅保持了天性纯真的直率，而且又多出几分成熟和豁达。在《情深深雨蒙蒙音乐全记录》中，赵薇首次尝试摆脱以往稚嫩的唱腔，改以成熟的方式来诠释动人的情歌；随着赵薇感情的起伏，除了引领听者进入另一场“烟雨蒙蒙”的意境之外，也让大家看到了戏外赵薇的演唱实力。在专辑《最后一次分手》中，她一改过去邻家小女孩的形象，穿上曲线毕露的海派格子旗袍，尽显小女人成熟娇柔本色。在为专辑录制MTV时，配合着轻松愉快的旋律，让赵薇徜徉在充满青春阳光的气息当中，在视觉上与听觉上让人再度感受到小燕子的活泼可爱；此外，她的歌声也不再象《有一个姑娘》《爱情大魔咒》那么单纯、快乐，而是多了份青涩的成长滋味。同样唱失恋的伤感爱情类的歌曲，赵薇并没有演绎的特别悲悲切切，而是保留了骨子里的豁达、乐观性情，有着赵薇式的轻快痕迹（《京华时报》、姚谦、《北京晚报》、新浪评）。
2016年，据“共青团中央”发布文章称，赵薇执导的电影《没有别的爱》被不少网友指责，主要因为主演戴立忍被指出曾参与台独相关活动、而另一位主演水原希子曾为辱华照片点赞；在此事引起较大争议后，赵薇于6月29日发文称好讨厌断章取义，而后迅速删除此微博。
2017年11月9日晚，祥源文化（原万家文化）公告，公司收到证监会行政处罚及市场禁入事先告知书，证监会拟决定对黄有龙、赵薇给予警告，并分别处以30万元罚款，采取五年证券市场禁入措施。告知书显示，龙薇传媒在自身境内资金准备不足，相关金融机构融资尚待审批，存在极大不确定性的情况下，以空壳公司收购上市公司，且贸然予以公告，对市场和投资者产生严重误导。由于信披违法违规，导致万家文化股价暴涨暴跌，使得大量投资者蒙受损失，赵薇夫妇在万家文化上“空手套白狼”的行为或将面临巨额索赔。
2018年4月16日，据证监会公布的对万家文化的行政处罚决定书显示，赵薇被实施5年证券市场禁入，处罚款30万元。
2018年11月20日晚，上交所发布《关于对浙江祥源文化股份有限公司、西藏龙薇文化传媒有限公司及有关责任人予以纪律处分的决定》，对浙江祥源文化股份有限公司及时任董事长孔德永，西藏龙薇文化传媒有限公司及其直接负责人员黄有龙、赵薇、其他直接责任人员赵政予以公开谴责，并公开认定孔德永、黄有龙、赵薇、赵政5年内不适合担任上市公司董事、监事、高级管理人员。
2019年7月16日，浙江省高级人民法院驳回了祥源文化和赵薇的上诉，后两者仍需赔偿人民币432239.89元，赵薇对债务承担连带责任，该结果为终审判决。