兆惠，滿洲正黃旗人。雍正帝的生母孝恭仁皇後烏雅氏族孫。乾隆九年兆惠以筆帖式的身份被授為軍機處章京，入值軍機處。
乾隆十三年兆惠兼領戶部侍郎職務。當時清廷正在平定大小金川，兆惠親自去金川督辦糧運。平定金川後兆惠擔任戶部侍郎。
乾隆十九年清廷出兵平定準噶爾時兆惠受命協理北路軍務并總理糧饷事務。後來厄魯特輝特部台吉、策妄阿拉布坦的外孫阿睦爾撒納叛變，貢獻了伊犁。乾隆命兆惠移駐巴裡坤，兼督額林哈畢爾噶台站。
乾隆二十一年清軍擊潰阿睦爾撒納，收複伊犁。阿睦爾撒納被清朝擊敗後逃亡哈薩克。乾隆召兆惠回到北京，授予他鎮守北疆的方略。還讓他擔任定邊右副将軍，負責籌辦伊犁善後事宜。厄魯特蒙古諸位在軍中的宰桑陰謀策劃叛亂，綽羅斯汗噶勒藏多爾濟告訴兆惠：巴雅爾将要入掠他的牧地。兆惠讓甯夏将軍和起率軍前去駐守。但是噶勒藏多爾濟的侄子紮那噶爾布、達什策零等人陰謀私通巴雅爾，中途發動叛變，和起戰死。兆惠聞訊後親自帶兵前去平亂，大敗達什策零他們，斬殺叛軍數千人。
乾隆二十二年兆惠率軍到達烏魯木齊。紮那噶爾布等諸位叛軍首領都在這集合。一日就作戰十餘次，戰馬都幾乎用盡。大軍在冰雪中行進到達特讷格爾時被叛軍所圍。巴裡坤辦事大臣雅爾哈善派侍衛圖倫楚率軍去援助兆惠軍。圖倫楚兵到了後兆惠包圍被解。兆惠得到新兵之後又追擊巴雅爾的叛軍至穆壘河源。巴雅爾遷移到别處放牧之後兆惠率軍回到巴裡坤。因為兆惠作戰奮勇被封為一等武毅伯。還賞賜他禦用玉韘、鼻煙壺等物。然後命定邊将軍成衮紥布分路進擊厄魯特。不久兆惠與參贊大臣鄂實等一起自額林哈畢爾噶出發進剿厄魯特。
乾隆二十二年兆惠發現回部頭人波羅尼都、大小和卓有叛亂的迹象就讓富德去追捕阿睦爾撒納。他的軍隊停駐在濟爾哈朗等待富德。乾隆責備兆惠以回部事務為重而輕視了阿睦爾撒納，處事有失輕重。于是兆惠率領軍隊在富德後繼續北進，同時派遣使臣前往左右哈薩克宣谕，要求歸還潛逃的阿睦爾撒納。兆惠大軍進到額密勒河西岸附近，富德大軍到達塔爾巴哈台，俘獲潛逃的叛軍首領巴雅爾以及随從數人。哈薩克汗阿布赉遣使來朝獻馬，并上表請求入觐，乾隆下诏宣谕。阿布赉的使臣說：阿睦爾撒納率領二十騎前去哈薩克投奔，相約第二天清晨見面。阿布赉下令先沒收阿睦爾撒納的戰馬和牛羊。阿睦爾撒納發現之後驚忙逃走，哈薩克汗俘獲他的侄子将他們捆綁之後送到兆惠大營。兆惠派兵擊敗阿睦爾撒納的屬衆并招降阿睦爾撒納的部下納木奇父子。
同年回部大小和卓叛亂。乾隆任命兆惠為定邊将軍前往南疆讨伐大小和卓和波羅尼都。兆惠請求先屯田于烏魯木齊，待來年春天再率軍進讨大小和卓。現在應該集聚很多糧食，購置很多戰馬，才能是穩重的政策。乾隆不以為然，下诏責備兆惠怯懦不戰。
乾隆二十三年兆惠因為厄魯特人在沙喇伯勒還有一萬戶決定先剿除他們。乾隆任命雅爾哈善為靖逆将軍，命他進擊南疆。又命兆惠進剿厄魯特的事情完成之後與雅爾哈善合兵進擊。兆惠與他的副将軍們分四路進剿厄魯特蒙古餘部。乾隆因為哈薩克錫喇、鄂哲特等十多人都沒有被兆惠抓獲就讓兆惠等更加謹慎。兆惠抓獲鄂哲特等人，但是乾隆仍責成兆惠盡快抓俘哈薩克錫喇等。不久又讓兆惠赴庫車視察軍務。正趕上雅爾哈善的軍隊圍困庫車，和卓突圍逃走。乾隆逮捕雅爾哈善，讓兆惠代替雅爾哈善。兆惠在中途上疏說：我當親率兵剿滅叛軍，不破敵軍勢不還朝。乾隆嘉獎他奮勇，賜給他雙眼孔雀翎。
乾隆二十三年兆惠奉命由伊犁率部南下，指揮清軍平定大小和卓的叛亂。兆惠讓富德駐守阿克蘇，自己親率軍隊進攻小和卓所在的葉爾羌城。回兵在清軍必經的城東五裡處挖溝築台以為屏障。并實行堅壁清野。
兆惠率軍隊到達輝齊阿裡克，距葉爾羌城還有四十裡。他隔河紮營并派出左右兩翼兵馬搶占了城東土台，控制進出要道。幾天後葉爾羌城東西北三座城門中沖出數百名騎兵，兩軍激烈厮殺。結果回兵三戰都戰敗就退回城中固守。兆惠大營安紮于黑水河畔，也被稱為黑水營。
兆惠見葉爾羌城防守嚴密便撥出八百清軍交副都統愛隆阿，命其前往東南方向防禦盤踞在喀什噶爾的大和卓叛軍。其餘兵力密切監視葉爾羌城，待機再戰。這時兆惠獲得情報：在言城南山下有回人的牧群。兆惠決定前往搶劫羊群以補充給養，并誘敵出城作戰。兆惠率千餘騎兵南進。前面有河，清軍奪占橋頭，登橋而馳。但是沒想到他們剛過橋四百餘人這橋就斷了。葉爾羌城中人看到後立即沖出大量軍隊圍攻清軍。清軍各自為戰，拼命厮殺。兆惠兩次換馬，身上受了很多傷。直至夜晚回兵才退回城中。清軍陣亡一百餘人，傷數百人。
兆惠雖然暫時渡過了危機。但是小和卓又馬上派兵向黑水營發動猛攻。兆惠指揮士卒一遍作戰一遍築起臨時工事。戰鬥持續了整整五天。兆惠派人去阿克蘇告急。防禦喀什噶爾的副都統愛隆阿奉兆惠之命返阿克蘇催促援軍。小和卓見強攻不下便改為長期圍困。
黑水營自十月至次年正月進行了艱苦的防禦戰。當時天寒地凍，彈盡糧絕，援兵未到，無險可依。清軍挖水井，掘窖糧來補充給養。後來回疆以西的布魯特人搶掠了喀什噶爾所屬英吉沙爾城，恰好黑水營清軍縱火焚燒兩座回營。小和卓以為清軍與布魯特人有約，怕被夾擊。是以對黑水營的進攻就有所放緩。
黑水營艱難持守之時清廷急調援兵增援。駐阿克蘇的定邊右副将軍富德與侍衛舒赫德于巴爾楚克合軍冒雪赴援。巴裡坤辦事大臣阿裡衮領兵與愛隆阿所部會合。
乾隆二十四年富德率領大軍到達呼爾璊，以富德為定邊右副将軍趕到葉爾羌解兆惠之圍。富德在途中與回兵遭遇，富德轉戰五晝夜。阿裡衮将戰馬送到，兩軍合軍後與回兵再戰。布拉尼敦出戰中彈受傷，不得已回軍喀什噶爾。清軍到達葉爾羌河岸，阿裡衮與愛隆阿合軍為右翼，富德及舒赫德為左翼，兩軍追擊回兵。兆惠聽到北方有槍炮聲，又見圍營的和卓兵漸少就料想援軍已到。于是他分兵兩路出擊，攻取營壘，并派人聯絡富德。和卓軍隊渡河而去。富德與兆惠會合，按照谕旨于當晚啟程傳回阿克蘇。黑水之圍總算被解。
呼爾璊之戰後大小和卓兄弟由于清軍的進攻和維吾爾人的背離陷入了困境。和卓兄弟逃往巴達克山，準備再由巴達克山前往痕都斯坦。清兵占領和阗的消息傳來葉爾羌人心驚動，和卓将家眷财物移往葉爾羌以西的赫色勒塔克。波羅尼都也向喀什噶爾居民索取軍糧馬匹。把它們陸續運到塔勒巴楚克河，自己僅與親信留在喀什噶爾居住。
在大小和卓準備出逃的同時兆惠富德正籌集糧饷，計劃乘麥熟之前進攻葉爾羌。避難于布魯特的原喀什噶爾伯克和什克随清軍侍衛布占泰來到阿克蘇向兆惠建議先攻取喀什噶爾以免和卓投奔浩罕的額爾德尼伯克。于是兆惠等人議定先攻喀什噶爾，再取葉爾羌。此時流亡于境外的和卓後裔陸續向清軍投誠。兆惠領兵由烏什南下進兵喀什噶爾。阿裡衮、巴祿率軍出巴爾楚克，在喀什噶爾、葉爾羌之間地方等待與富德會合，并把守各處關隘。額色尹、瑪木特與波羅尼都交戰，剿殺多人，随後來到兆惠軍營投誠。
波羅尼都将喀什噶爾居民擄至城南的提斯衮，由玉魯克嶺西逃。帶走居民一百五十戶及其親信之家眷奴仆千餘人。和卓搶掠葉爾羌居民的馬匹牲畜又向當地毛拉勒索白銀四千兩後啟程。經伯克和羅木渡口逃往羌呼勒。大小和卓在色勒庫爾會合後向西出逃。留在喀什噶爾、葉爾羌二城的伯克随即派人迎清兵入城。兆惠進駐喀什噶爾城。富德進入葉爾羌。乾隆皇帝令兆惠留駐喀什噶爾辦理喀葉二城事務，富德、明瑞等速領兵追擊。
乾隆二十五年兆惠大軍返京，位列乾隆平定回疆之亂功臣圖，懸挂于紫光閣。乾隆二十六年兆惠被授禦前大臣，與大學士劉統勳查辦楊橋河的案子。乾隆二十七年兆惠又與劉統勳勘察江南運河。乾隆二十八年直隸發生水災，乾隆命他前去觀看海口的情況。兆惠根據當時的地理條件，疏通天津、靜海諸縣的水道。然後乾隆又命他與兩江總督尹繼善籌劃疏浚荊山橋的河道。
乾隆二十九年兆惠病逝，享年五十六歲。乾隆親自來到他的喪禮，贈太保，谥文襄。嘉慶繼位後讓兆惠配享太廟。
兆惠對平定新疆和卓叛亂做出了巨大的貢獻。有傳聞說兆惠被圍困在黑水營的時候曾經出現過吃人的情況。這個情況可能也是真實的。因為他黑水營之圍的前提就是他想帶兵去搶掠回人的牧群。結果橋斷了，小和卓出兵攻打他引起的。這就證明了當時清軍是很缺糧的，要不然他可能不會這麼做。而且後來他又被圍困了好幾個月。完全可能出現這種情況！但是這跟他的功勞相比都不算什麼。如果不是他平定了和卓的叛亂新疆還不知道會亂到什麼時候。是以他配享太廟也是完全有資格的！