早年經曆
趙旭日小時候本來是學畫畫的，但缺乏興趣讓他的學習沒有太多起色。對足球非常癡迷的父親看出了這一點，并毅然決定讓兒子改踢足球。趙旭日雖然小，但他一到球場就興奮得不得了，踢多長時間也不說累，這讓父親倍感欣慰。随着趙旭日在足球場上漸漸顯示出天賦，當爸爸的對兒子的期望值也不斷提高。到了小學四年級，在周家街小學讀書的趙旭日已經代表甘井子區隊參加市裡比賽了。
隻要有時間，趙爸爸都要去現場看兒子比賽，回到家裡還要拿出筆和紙通過一條條橫線、豎線或曲線去告訴兒子應該在足球場上如何跑位。小學六年級，趙旭日因為球踢得好而被大連市第七十六中學列為特招生。同時，大連毅騰俱樂部也相中了他，趙旭日開始了更為系統的足球訓練。
運動生涯
俱樂部經曆
2002年，剛滿16歲的趙旭日代表實德系大連賽德隆隊參加甲B聯賽，開始了職業足球生涯。
2003年，趙旭日跟徐弘指導從大連賽德隆來到實德系四川冠城隊。趙旭日在這一年的甲A聯賽中，一直出任四川冠城隊的主力中前衛。
2004年，趙旭日經曆了一場重傷，他失去了進入國家隊的機會，不過在四川隊他依然是絕對主力。
2005年，趙旭日返回大連實德隊。并跟随大連實德隊拿到中超聯賽冠軍與中國足協杯冠軍。
2006年，在中國足協杯第三輪八進四的比賽中，大連實德隊主場以1-0戰勝天津康師傅隊，趙旭日在比賽中打入緻勝一球。
2007年5月27日，趙旭日在國家德比中打入兩球，幫助大連實德3-2戰勝山東魯能。
2008年5月17日，中超聯賽第8輪，趙旭日在大連隊與陝西中新隊的比賽中獲得一個進球，幫助大連隊主場以1比1戰平對手。
2010年，趙旭日離開大連實德，以轉會形式加盟陝西中信浐灞足球俱樂部。
2011年12月26日，廣州恒大舉行了新援見面會，趙旭日正式加盟廣州恒大。
2012賽季，是趙旭日加盟恒大的第一個賽季，他在聯賽中代表廣州恒大出場20次，打入了1粒進球。
2012年7月21日，廣州恒大客場挑戰河南建業，在上半時第8分鐘，趙旭日接孔卡的前場右側任意球助攻，頭球得分幫助恒大取得領先。這粒進球不僅是趙旭日加盟廣州恒大後貢獻的賽季首球，更是時隔三年時間，在1086天之後再次在中超聯賽中取得進球。同年8月22日，中國足協杯半決賽首輪，廣州恒大主場迎戰遼甯宏運。上半場比賽，恒大的李帥和巴裡奧斯先後受傷離場。第68分鐘，趙旭日依靠任意球的遠射破門，最終恒大1-0擊敗對手。
2013賽季，趙旭日聯賽出場22次，貢獻了2粒進球外加一次助攻。
2013年8月3日，中超聯賽第19輪，廣州恒大對陣貴州人和，趙旭日在下半場接孔卡助攻打入一球，幫助廣州恒大成2-2戰平對手。同年10月6日，中超聯賽第27輪，山東魯能主場對陣廣州恒大。比賽第6分鐘，趙旭日接到埃爾克森傳球，面對楊程輕松破門，最終幫助廣州恒大4-2戰勝山東魯能，成功加冕2013賽季中超冠軍。11月9日，趙旭日跟随廣州恒大奪得亞冠聯賽冠軍。
2014年4月30日，廣州恒大主場對陣上海上港，比賽第67分鐘，趙旭日在對方大禁區頂打進鎖定勝局的一球，最終幫助廣州恒大5-0戰勝上港隊。8月9日，在廣州恒大對陣江蘇舜天的中超比賽中，趙旭日在比賽第88分鐘打入一球，幫助廣州恒大3-0戰勝對手。
國字号經曆
2000年，趙旭日入選中國國少隊。
2003年，趙旭日入選中國國家隊。12月7日，趙旭日代表中國隊在與韓國隊的比賽中登場，這一天他18歲零4天，刷新了由周海濱在2003年8月20日中國對智利的比賽中保持的18歲零32天的國家隊出場最年輕球員紀錄。
12月10日，東亞四強賽上，趙旭日在中國隊與香港隊的比賽中首發出場，當比賽進行到第20分鐘時，趙旭日在後點包抄墊射攻入打破僵局的一球。當時的趙旭日年僅18歲零7天，這個進球刷新了中國男足國際A級比賽最年輕入球的曆史紀錄。
2005年，趙旭日跟随中國國青隊出戰了世青賽。6月12日，世青賽B組首輪，中國青年隊與土耳其青年隊的比賽在加爾蓋瓦爾德球場展開，趙旭日在補時最後一分鐘時踢出一腳世界波，幫助中青隊2-1戰勝土耳其青年隊。最終中國青年隊小組賽3戰全勝，在淘汰賽兩度領先的情況下2-3惜敗德國。
2006年8月，趙旭日代表中國國家隊參加亞洲杯預選賽，在中國隊與新加坡隊的比賽中，趙旭日因為對新加坡隊員采取報複性犯規，被亞足聯停賽兩場，并處以3000美元的。
2007年，趙旭日再次入選中國國家隊，他已經是朱廣滬的重點培養對象。在肇俊哲淡出國家隊，李鐵已經廉頗老矣的情況下，趙旭日成為了國家隊後腰的主要培養對象。
2007年7月1日，為了慶祝香港回歸10周年，中國聯隊在香港與世界明星隊進行了一場友誼賽。第41分鐘，王棟左路底線前策動攻勢，趙旭日禁區前偏左位置得球後稍作調整，一腳淩空抽射送出世界波，皮球直挂球門後角，中國聯隊就此1比0領先上半場，最終中國隊2-0獲勝。
2008年4月，趙旭日跟随中國國奧隊赴塞爾維亞參加奧運前的集訓。
2008年7月20日，中國國奧隊坐鎮長春迎戰熱身賽對手澳大利亞國奧隊，憑借趙旭日在下半場第35分鐘的進球，中國國奧隊1-0擊敗澳大利亞國奧隊。
2008年8月，趙旭日代表中國國奧隊參加了北京奧運會。
2012年2月22日，中國國家隊在長沙賀龍體育場與科威特隊進行了一場熱身賽，國足憑借着郜林和于大寶的進球，在熱身賽中2-0戰勝對手。與此同時，趙旭日步黃博文的後塵，因報複對手吃到紅牌，這已是國腳們連續兩場在國家隊比賽中被罰下場。
2013年1月18日，中國男足進行了在西班牙拉練的第二場熱身賽，對手是西乙B組球隊聖費爾南多隊。上半場第10分鐘，中國隊先丢一球，在比賽的第35分鐘，趙旭日打進一球，幫助中國隊追平了場上的比分，最終中國隊2-1逆轉對手。
2013年2月7日，2015亞洲杯預選賽C組的首輪在沙特城市達曼的莫罕默德-本-法赫德王子體育場進行，中國隊遭遇沙特阿拉伯隊，在比賽第23分鐘，沙特隊就取得進球，6分鐘後，趙旭日接于漢超助攻将比分扳平，不過由于替補上場的哈紮茲在78分鐘攻入絕殺球，中國隊最終以1-2負于對手。
2013年6月15日，中國國家隊在安徽合肥奧體中心與泰國進行了一場熱身賽，第61分鐘，趙旭日傳球失誤，泰國隊前場攔截成功，松客拉辛禁區前沿接隊友傳球後稍作調整，一腳遠射再次洞開國足大門，比分變為4-1。最終國足以1-5的比分慘敗給泰國。
2013年8月28日上午，中國足協公布了中國國家隊新一期集訓名單，趙旭日攜手馮潇霆重新回到中國國家隊。
2014年11月26日，中國足協公布了備戰2015年亞洲杯的31人大名單，趙旭日落選集訓大名單，無緣亞洲杯。
技術特點
趙旭日身體強壯，力量和肌肉類型接近歐洲球員，他在中場的防守比較出色，而在進攻上，他的遠射對對手的威脅比較大。作為純防守型中場球員，趙旭日在場上的任務就是不惜體能奔跑，在中場和對手展開周旋。
人物評價
趙旭日是一個很實在的孩子，踢球很猛，有點拼命三郎的架勢，他在場上很投入。（程顯飛評）
這孩子就是膽大，在石子地上也敢鏟球，遇到多大腕兒都敢過人。另外，責任心和敬業精神特别突出，我帶隊這麼多年，還真沒有看到像他這樣敬業的。（程顯飛評）
趙旭日這孩子大大咧咧的，人挺直率，心理素質特别好，打什麼比賽都不緊張，似乎天塌下來也跟他沒什麼關系。（郭軍評）
雖然他還有很多地方需要雕琢，但也值得雕琢。他的先天素質非常出色，他的身體力量很好，爆發力特别強，體力、耐力、對抗能力等方面都很優秀，他的特點與李鐵有幾分相似，發展好了甚至有超越的可能。（徐弘評）
趙旭日的先天素質比董方卓略差，比馮蕭霆要好。他在場上活動範圍大，跑動、拼搶都很積極。（徐弘評）
