兆惠，滿洲正黃旗人。雍正帝的生母孝恭仁皇后烏雅氏族孫。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。平定金川后兆惠擔任戶部侍郎。
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並總理糧餉事務。後來厄魯特輝特部臺吉、策妄阿拉布坦的外孫阿睦爾撒納叛變，貢獻了伊犁。乾隆命兆惠移駐巴里坤，兼督額林哈畢爾噶臺站。
乾隆二十一年清軍擊潰阿睦爾撒納，收復伊犁。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將軍，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：巴雅爾將要入掠他的牧地。兆惠讓寧夏將軍和起率軍前去駐守。但是噶勒藏多爾濟的侄子扎那噶爾布、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。
乾隆二十二年兆惠發現回部頭人波羅尼都、大小和卓有叛亂的跡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。於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諭，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臺，俘獲潛逃的叛軍首領巴雅爾以及隨從數人。哈薩克汗阿布賚遣使來朝獻馬，並上表請求入覲，乾隆下詔宣諭。阿布賚的使臣說：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。阿布賚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將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眾並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將軍前往南疆討伐大小和卓和波羅尼都。兆惠請求先屯田於烏魯木齊，待來年春天再率軍進討大小和卓。現在應該集聚很多糧食，購置很多戰馬，才能是穩重的策略。乾隆不以為然，下詔責備兆惠怯懦不戰。
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將軍，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。兆惠與他的副將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儘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里處挖溝築臺以為屏障。並實行堅壁清野。
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，並誘敵出城作戰。兆惠率千餘騎兵南進。前面有河，清軍奪佔橋頭，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衝出大量軍隊圍攻清軍。清軍各自為戰，拼命廝殺。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。所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將軍富德與侍衛舒赫德於巴爾楚克合軍冒雪赴援。巴里坤辦事大臣阿里袞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，以富德為定邊右副將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。阿里袞將戰馬送到，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，阿里袞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。於是他分兵兩路出擊，攻取營壘，並派人聯絡富德。和卓軍隊渡河而去。富德與兆惠會合，按照諭旨於當晚啟程返回阿克蘇。黑水之圍總算被解。
呼爾璊之戰後大小和卓兄弟由於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。清兵佔領和闐的訊息傳來葉爾羌人心驚動，和卓將家眷財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。
波羅尼都將喀什噶爾居民擄至城南的提斯袞，由玉魯克嶺西逃。帶走居民一百五十戶及其親信之家眷奴僕千餘人。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、葉爾羌二城的伯克隨即派人迎清兵入城。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，懸掛於紫光閣。乾隆二十六年兆惠被授御前大臣，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，諡文襄。嘉慶繼位後讓兆惠配享太廟。
