四川宣宾人。曾就读于上海南方大学文科。1932年开始演剧，1934年加入中国旅行剧团，因在话剧《雷雨》中成功地饰演繁漪一角而引起剧坛注目。1937年，她在明星影片公司摄制的影片《马路天使》中饰演妓女小芸，以其精湛的演技将一个生活在社会底层的妇女形象刻画得催人泪下，她也得以仅凭此一片而列名诸本电影专著，创造了影坛的一个奇迹。抗战中和战后，赵慧深主要从事戏剧活动。1949年后创作有电影剧本《不怕鬼的故事》等。