中國古文獻學傢、目錄學傢。字斐雲，別號蕓庵、舜庵。生於浙江海甯，卒於北京。1912年入南京東南大學中文系，從吳梅習詞學。1925年畢業後任清華學校國學研究院助教，得王國維指導，在文史、戲曲、金石、版本、目錄、校勘等學科打下堅實基礎。1928年轉往北平北海圖書館（原北京圖書館、今中國國傢圖書館前身）工作，歷任中文採訪組組長、善本考訂組組長、善本部主任，並在北京大學、清華大學、中法大大學、輔仁大學等校任教，講授中國史料目錄學、目錄學、校勘學、版本學、中國雕版史、中國戲曲史、中國俗文學史、詞史等課程。1949年後任北京圖書館研究員兼善本特藏部主任。1964年被選為第三屆全國人民代表大會代表。1979年當選為中國圖書館學會名譽理事。
趙萬裡在北京圖書館從事善本采訪、考訂、編目、保存工作長達50餘年。1949年後積極訪求、征集到大量名傢的藏書和稿本，鑒定、購入一批港澳收藏傢的珍本，使北京圖書館的善本收藏更為豐富。他主持趙城金藏的修復工作和《永樂大典》的輯佚工作，舉辦《中國印本書籍》等善本專題展覽，為北京圖書館工作人員講授應用目錄學，還多次參加國內一些重要文物圖書的調查鑒定工作，為弘揚民族文化，保存、整理古籍作出許多貢獻。
他由於工作中接觸到大量宋元珍本和名傢抄校本，又和當代藏書傢周叔弢、傅增湘、鄭振鐸等經常切磋研究，獲得豐富的版本學經驗和學識，研究精深。主編的《中國版刻圖錄》(1960年初版，1961年增訂)在版刻資料的搜集和考訂上都超過瞭前人。撰寫瞭《唐寫本文心雕龍殘卷校記》、《魏宗室東陽王元榮與敦煌寫經》等論文。他主編有善本目錄《北平圖書館善本書目》(1931)、《北京圖書館善本書目》(1959)等。輯釋有《校輯宋金元人詞》(1931)、《漢魏南北朝墓志集釋》(1956)。他還從《永樂大典》輯出瞭《元一統志》(1966)、《析津志輯佚》(1983)。