赵志皋得中探花后，授翰林编修。万历初年，张居正当国，欲将其罗致门下，赵志皋却不依附。他奉命册封吉藩时，拒绝一切赐赏。后任经筵展书官，教习内书堂。预修《穆宗实录》，升侍读。
　　首辅张居正“夺情”视事，编修吴中行、赵用贤上章弹劾，将受到廷杖的处罚。赵志皋偕王锡爵、张位等七人当面质问张居正。张居正无奈，只得将吴中行等人的奏章交付史馆，赵志皋因此得罪张居正。恰遇星变，考察在京官员，赵志皋遂被贬为广东副使。三年后，再以京察贬其官。直到张居正去世，很多言官推荐，赵志皋才被起用为解州同知，不久又改任南京太仆丞，历任国子监司业、祭酒，吏部左侍郎。
　　万历十九年（1591）秋，首辅申时行谢政，举荐赵志皋及张位。赵志皋遂升任礼部尚书兼东阁大学士，入阁参政。第二年春，内阁王家屏被罢官，王锡爵应召未至，赵志皋暂居首辅。万历二十一年（1593），王锡爵还朝为首辅。神宗欲三王并封，受到朝臣们的一致反对，赵志皋身为次辅，多次上疏规谏，此议遂罢。万历二十二年（1594）五月，王锡爵去世，赵志皋开始任首辅。
　　辽东失事，神宗下诏剥夺巡抚韩取善的兵权，逮捕副使冯时泰并下诏狱，而总兵官杨绍勋只下御史问罪。给事中吴文梓等认为有失公平，赵志皋也说：“封疆被寇，武臣罪也。今宽绍勋而深罪文吏，武臣益恣，文吏益丧气。”但神宗不听。后来冯时泰竟被谪戍。
　　皇太后诞辰，神宗受群臣拜贺之后，在暖阁召见辅政大臣，赵志皋请宽宥御史彭应参，又转达言官们的意见，希望能减少织造耗费，极论章奏“留中”的弊端，请神宗允许将“留中”的奏章尽付各部门研究执行。
　　神宗讨厌中官张诚的党羽霍文炳，以言官不举报揭发其罪恶，竟一次贬黜言官三十余人。赵志皋等连章疏谏，神宗一概不听。万历二十四年（1596）三月，赵志皋被晋升为少傅兼太子太傅，建极殿大学士。
　　当时两宫遭灾，而且彗星又见，日食九分有奇，三殿又受灾，短短几年，灾异迭出。赵志皋请神宗下罪己诏，自己也多次上疏力陈时政的缺陷和失策，大者如定国本，罢矿税等十一条之多。神宗“优诏报闻”而已，并不采纳。皇长子年16岁时，赵志皋曾请神宗为其举行冠婚礼。神宗表面上命礼部官员拟定具体礼仪，待礼部制定好方案呈上，神宗又不准实行。万历二十六年（1598）三月，赵志皋再次提出此事，神宗始终不答应。
　　早年张居正出任首辅之时，权高震主。申时行继任之后，内阁的权势依然强大。王锡爵性刚负气，他任首辅，人人敬畏。而赵志皋任首辅之时，已年过七十，表现出柔而懦，为朝臣们所轻视。一时间辱骂、责备之声四起。赵志皋初为首辅，就赶上西华门发生灾难，御史赵文炳上章指责。没多久，南京御史柳佐、给事中章守诚又上言，而吏部更是过分，在侍郎顾宪成的带领之下“空司”而逐志皋，意在激怒神宗。后又有给事中张涛、杨洵，御史冀体、况上进，南京评事龙起雷相继诋毁赵志皋，而巡按御史吴崇礼又弹劾赵志皋的儿子两淮运副赵凤威，结果赵凤威被停俸。不久，工部郎中岳元声极言赵志皋应回家养老，给事中刘道亨更是不遗余力地攻击。赵志皋气愤地说：“同一阁臣也，往日势重而权有所归，则相率附之以谋进；今日势轻而权有所分，则相率击之以博名”。遂一心求退，但神宗“慰谕之”。
　　当初，朝廷在如何对待日本封贡之事上议论纷纷，石星是极力主张者之一。赵志皋也希望不出现问题，便与石星相唱和。结果封贡事败，朝中议论骤起，凡是弹劾石星的奏章必牵连赵志皋。为此，赵志皋每被疏言，便上章申辩求退。可每次神宗都挽留不放。攻击的人越多越激烈，神宗留住赵志皋的决心越坚定。直至封贡之事酿成大患，石星以欺罔之罪下狱论死，张位也以杨镐的缘故被夺官，而对赵志皋依然不闻不问。然而，此时的赵志皋已然疾病缠身，不能理政，多次请求退养归乡，神宗每每恩赐如故。赵志皋的病越来越重，卧病四年，再次请求退养，一连上章八十多疏，神宗依旧不批准。万历二十九年九月，赵志皋病逝。享年78岁。神宗特为其辍朝一日，赠太傅，谥文懿。
　　赵志皋诚实谨慎，仁义宽厚。为首辅五年，卧病为政又四年。虽屡受众言官弹劾，但他从不记忆他们的姓名，人称长者。
　　万历初年，赵志皋自岭南谪归后，买下灵洞山地建秘书楼、三山斋、六虚堂诸胜迹，又标为十二景，一时宾客竟相题咏。