廖化本名淳，世代为沔南的豪门世族，初任刘备属下前将军关羽的主簿。建安二十四年（219年），孙权派兵袭取荆州，关羽兵败遇害，廖化亦归入孙吴。他思念汉主刘备，于是诈死，当时人们信以为真，廖化趁机带着母亲昼夜西行，奔赴蜀汉。章武二年（222年），刘备亲率诸将东征孙吴，在秭归与廖化相遇。刘备见到廖化后非常高兴，任命廖化为宜都郡太守。随后刘备进军至夷道县猇亭，以廖化为别督，与陆逊率领的吴军相对峙。同年，刘备军被陆逊击破，廖化随败军退回蜀中。
章武三年（223年），刘禅即位，改元建兴。廖化升任丞相参军，后来又为广武都督，阴平郡太守。同年，诸葛亮举蒋琬为茂才时，蒋琬坚持推让给刘邕、阴化、庞延和廖化。
延熙元年（238年）九月，廖化率兵攻打魏国守善羌侯宕蕈驻守的营寨，魏雍州刺史郭淮派遣广魏郡太守王赟、南安郡太守游奕率兵救援，两军沿东西两面分兵合进，欲夹击廖化军。但同时兵力分散的弱点暴露，游奕军不少营寨更是驻扎在非险要之处，廖化抓住机会进攻，击败游奕，王赟亦在交战中箭身亡。延熙十一年（248年），凉州羌胡叛魏来降，廖化随姜维率军西迎，于成重山筑城留守，抵抗郭淮进攻，帮助姜维迎回胡王治无戴等部落。延熙十二年（249年），廖化随姜维进攻雍州邓艾，无功而返。
景耀二年（259年）六月，廖化升任右车骑将军，授予节符，兼领并州刺史，封中乡侯。官位与张翼相等，而在镇军大将军宗预之上。当时的人说道："前有王平、句扶，后有廖化、张翼。"景耀五年（262年）秋，姜维率众出狄道北伐曹魏，廖化预言会失败。果不其然，同年十月姜维在侯和被邓艾击败，退军驻扎于沓中。
景耀六年（263年）八月，司马昭兴兵进攻蜀汉。后主刘禅派遣廖化去往沓中支援姜维，张翼、董厥前往阳安关口作为各围守的外援。廖化率军北至阴平，听闻魏将诸葛绪攻向建威，于是停下来等待，观察其动向。同年九月，姜维为邓艾所逼，从沓中退驻阴平，与廖化合军，欲前往救援阳安关口。中途得知阳安关口被攻克，钟会军长驱直入，于是放弃阴平，撤往白水，后又与刚好到达汉寿的董厥、张翼军会合，一同退守剑阁，抵御钟会的进攻。
