趙宗旦七歲就像成人一樣，選為宋仁宗伴讀。宋仁宗即位，趙宗旦超格入選，被侍從詆毀，上書告他的狀，宋仁宗說：「宗旦幼年時陪朕學習，勤勞居多，此是朕意，豈能以常格對待他？」他的生母死了，請別擇墓地，每年奠祀，後後來作為法律。至和二年（1055年）六月壬辰，以沂州防禦使趙宗旦為密州觀察使。宋英宗治平年間，同知大宗正事。

宋神宗熙寧八年（1075年）十月乙卯，降授彰化留後、知大宗正事趙宗旦復崇信軍節度使，熙寧十年（1077年）二月甲申，崇信軍節度使、知宗正事趙宗旦為右僕射、同中書門下平章事，為大宗正，賜方團金帶，不是朝會可以乘肩輿。元豐三年（1080年），九月崇信軍節度使、同平章事、判大宗正事、天水郡公趙宗旦封華陰郡王，加開府儀同三司。主管宗籍十六年，宗子有過錯，語重心長加以教誨，一旦做好事就上報皇帝。以前赴朝請的人，都以私丁為侍者，趙宗旦請求官方提供侍者。

元豐五年（1082年）二月，崇信軍節度使、開府儀同三司、華陰郡王趙宗旦薨。宋神宗臨奠，輟視朝二日，贈太尉、滕王，諡號恭孝，允許以旌節印綬從葬。安葬時，又為輟朝。以幼子右內率府副率趙仲曖擔任右監門衛率府率。

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