趙瞻舉進士第，調任孟州司戶參軍，轉任萬泉令。捐出圭田修建學宮，士子從遠處而來。改知夏縣，設八監堂，寫下古代賢能縣令縣長的政績來監督自己。又作為秘書丞知永昌縣，修築六堰灌溉農田，每年減少聚斂數十萬，因為用水的紛爭被平息，百姓把他比作召信臣與杜詩。升任太常博士，知威州。趙瞻以威州、茂州群獠族雜居，地險難守，不如合併在汶川建州，條著詳細，為《西山別錄》。後熙寧年間，朝廷經營西南，以趙瞻的著作作為參考。

轉任尚書屯田員外郎。宋英宗治平初年，由都官員外郎轉任侍御史。上疏說：「英明決策獨立教化，是君主最高的權力。審慎地運用最高權力，應當管理天下的大事，考察天下的正論，如此而後權可專。如有積累很久的弊端，陛下考慮。在賞罰施設方面的失誤，能夠除去的就除去；號令言語行動方面的失誤，能夠停止的就停止。依靠宰相發揮作用，應該察看他的效果；清楚台諫的才能，應當相信他們。兵權當從宦官手中削弱，邊防之事該交給老將。使用權力不能一意孤行，應該尊從天下人的願望。」英宗于是稱贊他。

很久後，英宗派內侍王昭明等四人為陝西諸路鈐轄，招納安撫各部。趙瞻認為唐朝用宦官為觀軍容、宣慰等使，後代不能如此，應該追還內侍，任用守臣，多次向上奏疏，言辭非常激切。當時文彥博、孫沔經略西夏，另派馮京安撫諸路，趙瞻又請罷免馮京的使臣職務，專門委派宿將。西夏人入侵王官，慶州撫帥孫長卿不能抵禦，加孫長卿集賢院學士，趙瞻說孫長卿當罷黜不當賞，賞罰倒置。京東盜賊多次起事，趙瞻請換掉防守曹州、濮州沒有能力的大臣，沒有結果。于是求退，力言追回王昭明等人，英宗改變了態度，接納了他的意見。

治平二年（1065年）秋，京城發大水，下詔百官上奏論事，奏章大多留在宮中。趙瞻請請求「把奏章都拿出來，交給兩省詳細選擇後上報」，英宗聽從了他的意見。當時議論追崇濮安懿王，趙瞻引用引用漢朝師丹、董宏的事例，對他的屬下薛溫其說：「事情將要像這樣，我一定以死相爭，才是我的職責。」中書請稱安懿王為父王，趙瞻爭論：「仁宗已經明白地下詔把陛下當作兒子，議論的人被禮儀中由誰所生由誰所養的名分所迷惑，妄加責難，他們明明知道禮儀中沒有為兩父服喪的道理，來混亂真實含義。而且文中說道被遺棄的妻子和被休棄的母親，被遺棄就不是妻子，被休棄以後也不是母親了，辭窮直書，怎能據以決斷大事？我求和他們庭辨，以定是非曲直。」不久皇太后手書尊王為皇，趙瞻嘆道：「以前太后激烈地責備大臣，議論得以停止。現在奸臣和宦官勾結，為了自己的目的，把過錯推給至尊，我和首倡大臣，不能共存。」因而又全力陳述。

當時趙瞻代理太常少卿迎接契丹賀正使，入朝對答，英宗問到前面的事情，趙瞻回答說：「陛下是仁宗的兒子，而濮王又稱皇考，則是兩個父親，兩個父親是不符合禮制的。」英宗說：「御史你曾見過我想稱濮王為皇考嗎？」趙瞻回答：「這是大臣的意見，陛下不曾自己說過。」英宗說：「這是中書的過錯，我幾歲的時候，就被先帝收養為兒子，怎敢稱濮王為父？」趙瞻回答：「臣請退傳諭中書，下詔明曉天下。」當時好幾天天色昏暗，英宗指天對趙瞻說:「天道如此，怎能妄加褒尊。我的主意已定，不用告示天下。」趙瞻回答：「陛下敬畏上天的告誡，不因私事妨害公事，是盛德啊。」等到出使回來，聽說呂誨等勸諫濮議都被罷免出朝，就請和他們一起被貶，英宗沒有回答。入朝對答，英宗說：「卿想成就關龍逢、比幹之名，豈如效法伊尹、傅說？」趙瞻害怕，說：「臣不敢奉詔，使朝廷有罪責相同懲罰不同的批評。」於是通判汾州。

宋神宗即位，升任司封員外郎、知商州，又擔任提點陝西刑獄。熙寧三年（1070年），為開封府判官。神宗問：「你知道青苗法便利？」他回答：「青苗法，是唐朝在混亂中實行的，對於搜刮百姓的財物來是便利的。現在要想做長久的打算，對於愛護百姓使他休養生息，實在是不便利。」開始，王安石想讓趙瞻幫助自己，許他擔任知雜御史。趙瞻沒有答應，因此不能留在京城，出任陝西轉運副使，改任永興軍轉運使。以雙親年老，他請求知同州。熙寧七年（1074年），朝廷擔心錢重，討論用交子代替，命令趙瞻謀劃。趙瞻說：「有本錢足夠依恃，法令可以實行，如果過多地流出空券，是欺騙百姓。」意見和朝廷不相合，改任京西轉運使；又以雙親年老沒有上任，改到陝州，請求回到鄉里，擔任提舉鳳翔太平宮。父親去世，服完喪，改任易朝請大夫、知滄州。

宋哲宗即位，轉任朝議大夫，召為太常少卿，升戶部侍郎。元祐三年（1088年），擢升任樞密直學士、簽書樞密院事。元祐四年（1089年），以中大夫同知院事。上朝入對時道：「國家政務所急需的是人才。現在大臣選武臣很難迅速了解，請下詔令各路安撫使、轉運使推舉使臣，把他們的才能進行區別劃分，依次列為三等，建立簿冊以備選用。」

元豐年間，黃河在小吳決口，北入界河，東流大海。神宗下詔，東流入海的舊道淤泥很高，不能回流，不能再堵塞。開大吳保護北都大名府。這時，都水王令圖請求恢復黃河故道，下達執政官討論。趙瞻說:「黃河決口已經有八年，沒有形成定論。現在突然進行大工程，需要三十萬勞工，二千萬木料，我擔憂此事。朝廷剛派使臣察看，如果認為河水向東流不便，應該立即聽從他們的話，如果認為可以回流，應該制定幾年的計劃，以便緩和民力。」議論的人又認為黃河入界河北流，失去了中原的險要屏障，之前澶淵之役，如果不是黃河，戰事就不會停止。趙瞻說:「王者恃德不恃險。堯、舜建都蒲、冀，周朝、漢朝建都咸、鎬，都歷經了數百年，沒有聽說用黃河來作為抵擋外敵的屏障。澶淵之役，是廟社之靈，章聖皇帝的恩德，將士們的機智勇敢所致，所以敵人的投降，難道是黃河之力？」後來使臣認為使河水東流不方便，水官又求堵塞黃河北流，趙瞻堅決力爭，最後下詔停工，聽從了趙瞻的意見。

洮、河諸族以青唐首領衰落可以挾制，想靠宋朝的威力廢除，邊防大臣立即請求發兵。趙瞻說：「不可。駕取外國人要以信為根本，況且已經任命他爵號，青唐雖然喪失了眾人的支持，卻沒有犯王法，有何理由討伐他？如果這件事不能成功，戰禍就會從此再起。」停止了這件事。趙瞻又上奏廢渠陽軍，以延緩荊湖民力；請求詔諭西夏讓他們歸還永樂城遺民，西夏人聽命。

元祐五年（1090年），趙瞻卒，時年七十二歲。太皇太后高氏對輔佐大臣說：「可惜呀，他是個忠厚的君子。」宋哲宗親臨哀悼，停止視朝二日。贈銀青光祿大夫，謚號懿簡。紹聖年間，有人認為他附和元祐大臣，追奪贈官，列入元祐黨籍。

趙瞻著有《春秋論》二十卷，《史記牴牾論》五卷，《唐春秋》五十卷，《奏議》十卷，《文集》二十卷，《西山別錄》一卷。有四子：趙孝諶，官至瀛州錄事參軍；趙獻誠，官至唐城令；趙某，早卒；趙彥詒，官至太康主簿。