兆惠，满洲正黄旗人。雍正帝的生母孝恭仁皇后乌雅氏族孙。乾隆九年兆惠以笔帖式的身份被授为军机处章京，入值军机处。
乾隆十三年兆惠兼领户部侍郎职务。当时清廷正在平定大小金川，兆惠亲自去金川督办粮运。平定金川后兆惠担任户部侍郎。
乾隆十九年清廷出兵平定准噶尔时兆惠受命协理北路军务并总理粮饷事务。后来厄鲁特辉特部台吉、策妄阿拉布坦的外孙阿睦尔撒纳叛变，贡献了伊犁。乾隆命兆惠移驻巴里坤，兼督额林哈毕尔噶台站。
乾隆二十一年清军击溃阿睦尔撒纳，收复伊犁。阿睦尔撒纳被清朝击败后逃亡哈萨克。乾隆召兆惠回到北京，授予他镇守北疆的方略。还让他担任定边右副将军，负责筹办伊犁善后事宜。厄鲁特蒙古诸位在军中的宰桑阴谋策划叛乱，绰罗斯汗噶勒藏多尔济告诉兆惠：巴雅尔将要入掠他的牧地。兆惠让宁夏将军和起率军前去驻守。但是噶勒藏多尔济的侄子扎那噶尔布、达什策零等人阴谋私通巴雅尔，中途发动叛变，和起战死。兆惠闻讯后亲自带兵前去平乱，大败达什策零他们，斩杀叛军数千人。
乾隆二十二年兆惠率军到达乌鲁木齐。扎那噶尔布等诸位叛军首领都在这集合。一日就作战十余次，战马都几乎用尽。大军在冰雪中行进到达特讷格尔时被叛军所围。巴里坤办事大臣雅尔哈善派侍卫图伦楚率军去援助兆惠军。图伦楚兵到了后兆惠包围被解。兆惠得到新兵之后又追击巴雅尔的叛军至穆垒河源。巴雅尔迁移到别处放牧之后兆惠率军回到巴里坤。因为兆惠作战奋勇被封为一等武毅伯。还赏赐他御用玉韘、鼻烟壶等物。然后命定边将军成衮紥布分路进击厄鲁特。不久兆惠与参赞大臣鄂实等一起自额林哈毕尔噶出发进剿厄鲁特。
乾隆二十二年兆惠发现回部头人波罗尼都、大小和卓有叛乱的迹象就让富德去追捕阿睦尔撒纳。他的军队停驻在济尔哈朗等待富德。乾隆责备兆惠以回部事务为重而轻视了阿睦尔撒纳，处事有失轻重。于是兆惠率领军队在富德后继续北进，同时派遣使臣前往左右哈萨克宣谕，要求归还潜逃的阿睦尔撒纳。兆惠大军进到额密勒河西岸附近，富德大军到达塔尔巴哈台，俘获潜逃的叛军首领巴雅尔以及随从数人。哈萨克汗阿布赉遣使来朝献马，并上表请求入觐，乾隆下诏宣谕。阿布赉的使臣说：阿睦尔撒纳率领二十骑前去哈萨克投奔，相约第二天清晨见面。阿布赉下令先没收阿睦尔撒纳的战马和牛羊。阿睦尔撒纳发现之后惊忙逃走，哈萨克汗俘获他的侄子将他们捆绑之后送到兆惠大营。兆惠派兵击败阿睦尔撒纳的属众并招降阿睦尔撒纳的部下纳木奇父子。
同年回部大小和卓叛乱。乾隆任命兆惠为定边将军前往南疆讨伐大小和卓和波罗尼都。兆惠请求先屯田于乌鲁木齐，待来年春天再率军进讨大小和卓。现在应该集聚很多粮食，购置很多战马，才能是稳重的策略。乾隆不以为然，下诏责备兆惠怯懦不战。
乾隆二十三年兆惠因为厄鲁特人在沙喇伯勒还有一万户决定先剿除他们。乾隆任命雅尔哈善为靖逆将军，命他进击南疆。又命兆惠进剿厄鲁特的事情完成之后与雅尔哈善合兵进击。兆惠与他的副将军们分四路进剿厄鲁特蒙古余部。乾隆因为哈萨克锡喇、鄂哲特等十多人都没有被兆惠抓获就让兆惠等更加谨慎。兆惠抓获鄂哲特等人，但是乾隆仍责成兆惠尽快抓俘哈萨克锡喇等。不久又让兆惠赴库车视察军务。正赶上雅尔哈善的军队围困库车，和卓突围逃走。乾隆逮捕雅尔哈善，让兆惠代替雅尔哈善。兆惠在中途上疏说：我当亲率兵剿灭叛军，不破敌军势不还朝。乾隆嘉奖他奋勇，赐给他双眼孔雀翎。
乾隆二十三年兆惠奉命由伊犁率部南下，指挥清军平定大小和卓的叛乱。兆惠让富德驻守阿克苏，自己亲率军队进攻小和卓所在的叶尔羌城。回兵在清军必经的城东五里处挖沟筑台以为屏障。并实行坚壁清野。
兆惠率军队到达辉齐阿里克，距叶尔羌城还有四十里。他隔河扎营并派出左右两翼兵马抢占了城东土台，控制进出要道。几天后叶尔羌城东西北三座城门中冲出数百名骑兵，两军激烈厮杀。结果回兵三战都战败就退回城中固守。兆惠大营安扎于黑水河畔，也被称为黑水营。
兆惠见叶尔羌城防守严密便拨出八百清军交副都统爱隆阿，命其前往东南方向防御盘踞在喀什噶尔的大和卓叛军。其余兵力密切监视叶尔羌城，待机再战。这时兆惠获得情报：在言城南山下有回人的牧群。兆惠决定前往抢劫羊群以补充给养，并诱敌出城作战。兆惠率千余骑兵南进。前面有河，清军夺占桥头，登桥而驰。但是没想到他们刚过桥四百余人这桥就断了。叶尔羌城中人看到后立即冲出大量军队围攻清军。清军各自为战，拼命厮杀。兆惠两次换马，身上受了很多伤。直至夜晚回兵才退回城中。清军阵亡一百余人，伤数百人。
兆惠虽然暂时渡过了危机。但是小和卓又马上派兵向黑水营发动猛攻。兆惠指挥士卒一遍作战一遍筑起临时工事。战斗持续了整整五天。兆惠派人去阿克苏告急。防御喀什噶尔的副都统爱隆阿奉兆惠之命返阿克苏催促援军。小和卓见强攻不下便改为长期围困。
黑水营自十月至次年正月进行了艰苦的防御战。当时天寒地冻，弹尽粮绝，援兵未到，无险可依。清军挖水井，掘窖粮来补充给养。后来回疆以西的布鲁特人抢掠了喀什噶尔所属英吉沙尔城，恰好黑水营清军纵火焚烧两座回营。小和卓以为清军与布鲁特人有约，怕被夹击。所以对黑水营的进攻就有所放缓。
黑水营艰难持守之时清廷急调援兵增援。驻阿克苏的定边右副将军富德与侍卫舒赫德于巴尔楚克合军冒雪赴援。巴里坤办事大臣阿里衮领兵与爱隆阿所部会合。
乾隆二十四年富德率领大军到达呼尔璊，以富德为定边右副将军赶到叶尔羌解兆惠之围。富德在途中与回兵遭遇，富德转战五昼夜。阿里衮将战马送到，两军合军后与回兵再战。布拉尼敦出战中弹受伤，不得已回军喀什噶尔。清军到达叶尔羌河岸，阿里衮与爱隆阿合军为右翼，富德及舒赫德为左翼，两军追击回兵。兆惠听到北方有枪炮声，又见围营的和卓兵渐少就料想援军已到。于是他分兵两路出击，攻取营垒，并派人联络富德。和卓军队渡河而去。富德与兆惠会合，按照谕旨于当晚启程返回阿克苏。黑水之围总算被解。
呼尔璊之战后大小和卓兄弟由于清军的进攻和维吾尔人的背离陷入了困境。和卓兄弟逃往巴达克山，准备再由巴达克山前往痕都斯坦。清兵占领和阗的消息传来叶尔羌人心惊动，和卓将家眷财物移往叶尔羌以西的赫色勒塔克。波罗尼都也向喀什噶尔居民索取军粮马匹。把它们陆续运到塔勒巴楚克河，自己仅与亲信留在喀什噶尔居住。
在大小和卓准备出逃的同时兆惠富德正筹集粮饷，计划乘麦熟之前进攻叶尔羌。避难于布鲁特的原喀什噶尔伯克和什克随清军侍卫布占泰来到阿克苏向兆惠建议先攻取喀什噶尔以免和卓投奔浩罕的额尔德尼伯克。于是兆惠等人议定先攻喀什噶尔，再取叶尔羌。此时流亡于境外的和卓后裔陆续向清军投诚。兆惠领兵由乌什南下进兵喀什噶尔。阿里衮、巴禄率军出巴尔楚克，在喀什噶尔、叶尔羌之间地方等待与富德会合，并把守各处关隘。额色尹、玛木特与波罗尼都交战，剿杀多人，随后来到兆惠军营投诚。
波罗尼都将喀什噶尔居民掳至城南的提斯衮，由玉鲁克岭西逃。带走居民一百五十户及其亲信之家眷奴仆千余人。和卓抢掠叶尔羌居民的马匹牲畜又向当地毛拉勒索白银四千两后启程。经伯克和罗木渡口逃往羌呼勒。大小和卓在色勒库尔会合后向西出逃。留在喀什噶尔、叶尔羌二城的伯克随即派人迎清兵入城。兆惠进驻喀什噶尔城。富德进入叶尔羌。乾隆皇帝令兆惠留驻喀什噶尔办理喀叶二城事务，富德、明瑞等速领兵追击。
乾隆二十五年兆惠大军返京，位列乾隆平定回疆之乱功臣图，悬挂于紫光阁。乾隆二十六年兆惠被授御前大臣，与大学士刘统勋查办杨桥河的案子。乾隆二十七年兆惠又与刘统勋勘察江南运河。乾隆二十八年直隶发生水灾，乾隆命他前去观看海口的情况。兆惠根据当时的地理条件，疏通天津、静海诸县的水道。然后乾隆又命他与两江总督尹继善筹划疏浚荆山桥的河道。
乾隆二十九年兆惠病逝，享年五十六岁。乾隆亲自来到他的丧礼，赠太保，谥文襄。嘉庆继位后让兆惠配享太庙。
兆惠对平定新疆和卓叛乱做出了巨大的贡献。有传闻说兆惠被围困在黑水营的时候曾经出现过吃人的情况。这个情况可能也是真实的。因为他黑水营之围的前提就是他想带兵去抢掠回人的牧群。结果桥断了，小和卓出兵攻打他引起的。这就证明了当时清军是很缺粮的，要不然他可能不会这么做。而且后来他又被围困了好几个月。完全可能出现这种情况！但是这跟他的功劳相比都不算什么。如果不是他平定了和卓的叛乱新疆还不知道会乱到什么时候。所以他配享太庙也是完全有资格的！