清末，趙元任的祖父在北方做官。年幼的趙元任隨其家人在北京、保定等地居住期間，從保姆那裏學會了北京話和保定話。5歲時回到家鄉常州，家裏為他請了壹位當地的家庭老師，他又學會了用常州方言背誦四書五經。後來，又從大姨媽那兒學會了常熟話，從伯母那兒學會了福州話。
當他15歲考入南京江南高等學堂時，全校270名學生中，只有3名是地道的南京人，他又向這3位南京同學學會了地道的南京話。有壹次，他同客人同桌就餐，這些客人恰好來自四面八方，趙元任居然能用8種方言與同桌人交談。
1920年當時適逢美國教育家杜威和英國哲學家羅素來中國講學，清華大學派他給羅素當翻譯。他在陪同羅素去湖南長沙途中又學會了講湖南話。由於他口齒清晰，知識淵博，又能用方言翻譯，因而使當時羅素的講學比杜威獲得更好的效果。從此，趙元任的語言天才得到了公認，他自己也決定將語言學作為終身的主要職業。 趙元任壹生中最大的快樂，是到了世界任何地方，當地人都認他做“老鄉”。
二戰後，他到法國參加會議。在巴黎車站，他對行李員講巴黎土語，對方聽了，以為他是土生土長的巴黎人，於是感嘆：“妳回來了啊，現在可不如從前了，巴黎窮了。”
後來，他到德國柏林，用帶柏林口音的德語和當地人聊天。鄰居壹位老人對他說：“上帝保佑，妳躲過了這場災難，平平安安地回來了。”
1920年，英國哲學家羅素來華巡回講演，趙元任當翻譯。每到壹個地方，他都用當地的方言來翻譯。他在途中向湖南人學長沙話，等到了長沙，已經能用當地話翻譯了。講演結束後，竟有人跑來和他攀老鄉。 1920年9月18日晚，估計北京城門已關，趙元任不能回清華園，在親戚家借住，並打算和舅父談解除婚約事。在表哥家中，趙元任認識了森仁產科醫院的女醫生楊步偉。
趙元任和楊步偉初次見面，談論的什麽話題，不清楚，但兩人互有好感，這是肯定的。次日，女醫生楊步偉回請趙元任的表哥，他也同時被邀請。他們壹起，先到中央公園遊玩，壹起***進晚餐。趙在當天的日記上說：楊大夫是百分之百的開通。楊步偉也有個家庭安排的未婚夫，那個婚約被她解除了。看得出，趙元任對楊步偉醫生沖破舊禮教，解除家庭包辦婚約，非常同情和贊賞。
此後，趙元任幾乎每兩天去森仁醫院壹次。到了9月25日，他向楊步偉告別說：我恐怕太忙（他當時正在受以梁啟超等名家為首的'講學社'所邀請給來中國講學的英國哲學家羅素當翻譯），如果我不能再來，希望不要介意。可是當晚他又去了。
這時，趙元任對楊步偉已經有愛情的感覺了。於是，加緊解除包辦的婚姻，直到1921年5月下旬，女方陳家才同意解除婚約，但需趙元任提供陳女士學費2000元（比青春損失費好聽）。趙元任在日記中寫道：我和這個女孩訂婚十多年，最後我終於得到自由。
1921年5月25日，趙元任和楊步偉開始結婚準備工作，草擬並印制結婚通知書；自擬並手書結婚證書，貼四毛錢印花；到中央公園自拍多張合影，挑選在格言亭壹張作為結婚照；租了北京東城小雅寶胡同四十九號作為結婚用的房子，壹樓壹底，房間極舒適，還有屋頂花園。5月31日，趙元任和楊步偉適當布置房子後，當晚請了胡適和女醫生朱徵在客廳***進晚餐。飯後拿出結婚證書請兩位朋友作為結婚證人簽名。 為了合法化，貼了四角錢印花稅。
趙元任回憶說：在我們寄給親友的通知書上，我們說，接到這項消息的時候，我們已在1921年6月1日下午三點鐘東經百二十度平均太陽標準時結了婚。除了兩個例外，賀禮絕對不收，例外壹是書信、詩文，或音樂曲譜等，例外二是捐給中國科學社。
第二天，北京《晨報》以特號大字標題《新人物的新式結婚》。婚後，楊步偉舍棄了自己擔任的醫院院長和婦科主任職務，當起了相夫教子的賢妻。二人和睦相處，壹對恩愛伴侶相攜走過60多年。 趙元任回國後，在清華大學教授多門課程。他與梁啟超、王國維、陳寅恪壹起被稱為清華“四大導師”。然而，這樣壹位大師卻終生在逃避“當官”。
1945年，抗戰勝利，身在美國的趙元任壹家，從廣播中聽到日本投降、二戰結束的消息，欣喜若狂。他們開始做回國的準備。次年8月，趙元任二女兒新那和女婿培雲啟程回國。臨別前，趙元任夫婦囑咐女兒：“我們明年就回來，等我們”。
當時中央大學遷回南京，想聘請趙元任先生回國任教，趙先生馬上答應了，還辭掉了哈佛的教職，但是，1946年夏，時任教育部長的朱家驊發電報催趙元任從美國回國，出任南京中央大學校長。這個請求把趙元任嚇著了，趙元任回電：“幹不了。謝謝！”他壹再推辭無效，就不敢回國了。
後來在趙夫人的提議下，他決定再在美國呆壹年，等到中央大學校長確定之後再回去。這就是前面提到的逃官事件。壹時不回國，他便接受了加州大學的聘請暫時去加州。在回國途中“路過”加州，怎料到竟路過了30余年，成了他壹生居住最長的地方。 20世紀20年代，趙元任為商務印書館灌制留聲片，以推廣“國語”（即普通話）。有壹則軼聞，難斷真假，但頗可見趙氏當年的風光。趙元任夫婦到香港，上街購物時偏用國語。港人慣用英語和廣東話，通曉國語的不多。他們碰上的壹個店員，國語就很糟糕，無論趙元任怎麽說他都弄不明白。趙無奈。誰知臨出門，這位老兄卻奉送他壹句：“我建議先生買壹套國語留聲片聽聽，妳的國語實在太差勁了。”
趙元任問：“那妳說，誰的國語留聲片最好？”
“自然是趙元任的最好了。”
趙夫人指著先生笑曰：“他就是趙元任。”
店員憤憤：“別開玩笑了！他的國語講得這麽差，怎麽可能是趙元任？” 趙老是中國第壹位用科學方法作方言和方音調查的學者。他的耳朵能辨別各種細微的語音差別。在二三十年代期間曾親自考察和研究過吳語等近60種方言。
趙元任對方言的研究非他人所能及，他會33種方言。他的治學嚴謹和刻苦，令人嘆為觀止。
1927年春天，趙老在清華大學研究所擔任指導老師時，曾到蘇南、浙江專門調查吳語。經常是壹天跑兩、三個地方，邊調查邊記錄，找不到旅館就住在農民家裏。壹次，他和助手夜間由無錫趕火車去蘇州，只買到硬板椅的四等車票。由於身體太疲乏，上車後躺在長板座上就呼呼地睡著了。等醒來時，滿車漆黑，往外壹看，才知道前面幾節車廂已開走，把這節四等車廂甩下了。助手問他怎麽辦?他說：“現在反正也找不到旅館，就在車上睡到天亮吧！”助手見他身體虛弱，勸他每天少搞點調查，他詼諧地說：“搞調查就是要辛苦些，抓緊些，否則咱們不能早點回家呀！將來不是要更費時間，也更辛苦嗎?”
在那次調查吳語的行動中，他不辭勞苦，經鎮江、丹陽、無錫，每站下車，再乘小火輪到宜興、溧陽，又轉回到無錫等地，冒著嚴寒，輾轉往復，深入群眾，多訪廣納，記錄了大量的當地方言。3個月後，回到北京，他把調查的材料寫成壹本《現代吳語研究》。在出版此書時，語音符號采用國際音標，印刷廠沒有字模，他和助手就自己用手寫，畫成表格影印，每天工作在10小時以上。這本書出版後，為研究吳語和方言作出極為珍貴的貢獻，趙元任也成為中國方言調查的鼻祖。 1936年，趙元任在“百代”公司灌錄了壹首《教我如何不想他》的唱片，近半個世紀以來壹直膾炙人口。
1981年當他最後訪問北京期間，多次被邀請唱這首歌。壹次在音樂學院唱完這首歌後，人們向他提問：這是不是壹首愛情歌曲?其中的“他”究竟是誰?趙老回答說：“‘他’字可以是男的，也可以是女的，也可以是指男女之外的其它事物。這個詞代表壹切心愛的他、她、它。”他說這首歌詞是當年劉半農先生在英國倫敦寫的，“蘊含著他思念祖國和懷舊之情。”
趙老當時還向大家講了壹段有關這首歌曲的趣聞。他說，當時這首歌在社會上很流行，有個年輕朋友很想壹睹歌詞作者的風采，問劉半農到底是個啥模樣?壹天剛好劉到趙家小坐喝茶，而這位青年亦在座。趙元任夫婦即向年輕人介紹說：“這位就是《教我如何不想他》的詞作者。”年輕人大出意外，脫口而出說：“原來他是個老頭啊！”大家大笑不止，劉半農回家後，曾寫了壹首打油詩：“教我如何不想他，請進門來喝杯茶，原來如此壹老叟，教我如何再想他！”
趙元任從20年代到30年初所作歌曲的歌詞，大部分系劉半農所作。當1933年劉半農因病逝世時，趙老曾深情地寫壹挽聯：“十載奏雙簧，無詞今後難成曲；數人弱壹個，教我如何不想他！”