2003年，陳偉霆因參加全球華人新秀香港區選拔賽，獲得“金咪大獎”、“勁舞臺風演繹獎”及“自我才華表演獎” ?，隨即進入演藝圈并簽約英皇娛樂 ?。

　　2006年，6月陳偉霆以新成員身份與張致恒、麥子豪組成Sun Boy'z組合，開始建立跳舞歌手的形象。

　　2008年，4月Sun Boy'z組合正式解散 ?；9月推出個人首張音樂專輯《Will Power》，憑借該專輯陳偉霆獲香港十大勁歌金曲頒獎禮“最受歡迎男新人金獎”、香港十大中文金曲“最有前途新人金獎” ?。

　　2009年，7月17日陳偉霆個人第二張音樂專輯《Warrior戰士》發行 ?，其首次參演的電影《竊聽風云》也于7月24日上映 ?。同年，他先后兩次參加東方衛視《舞林大會》全國版節目，擔任比賽的選手展現舞技 ?。

　　2010年，3月由王晶執導，陳偉霆、蔡卓妍、吳君如、陸毅共同主演的喜劇電影《美麗密令》上映，在劇中他飾演影視明星秦朗 ?。4月其個人第三張音樂專輯《Do You Wanna Dance》發行 ?。12月6日陳偉霆發行個人第四張音樂專輯《Heads or Tails》。

　　2011年，3月其主演的電影《出軌的女人》作為第三十五屆香港國際電影節參展作品 ?；8月25日其推出個人第五張音樂專輯《WOW》；9月陳偉霆在香港新都城中心出席頒獎禮，并獲2011年“十大健康之星” ?。

　　2012年，7月10日陳偉霆個人第六張音樂專輯《Pop It Up》發行；11月其主演的黑幫動作電影《扎職》上映，在劇中飾演大學高材生阿霆 ?。

　　2013年，陳偉霆將工作重心轉移至中國內地，2月底接拍古裝武俠劇《少年四大名捕》，在劇中他飾演四大名捕之一的追命 ?。7月正式將內地電視劇約簽入阿諾工作室旗下，同時拍攝《古劍奇譚》，在劇中他飾演大師兄陵越 ?。

　　2014年，1月其與謝霆鋒，余文樂，胡軍共同主演的災難電影《救火英雄》上映，陳偉霆憑借飾演劇中的張文健一角獲澳門國際電影節最佳男配角獎項。3月底，他接拍由何澍培導演的民國題材劇《活色生香》，在劇中飾演安逸塵 ?。7月其主演的古裝劇《古劍奇譚》播出，因此被內地觀眾所熟知 ?。9月拍攝都市浪漫愛情電視劇《緣來幸?！??。11月拍攝電視劇《因為愛情有幸福》 ?。11月25日，憑借其飾演的勵志喜劇電影《男人不可以窮》中的薛可勇一角斬獲歐洲萬像國際華語電影節最佳青年男演員獎 ?，同時也憑借該角色入圍澳門國際電影節最佳男配角獎項 ?，該電影隨后于12月24日在內地上映 ?。12月17日，陳偉霆在2014國劇盛典上一舉摘得“2014年度最受歡迎全能藝人”與“2014年度電視劇媒體最期待演員”兩個獎項 ?。

　　2015年，1月拍攝電視劇《蜀山戰紀之劍俠傳奇》，在劇中飾演男主角丁隱/丁大力。 ?5月，陳偉霆憑《古劍奇譚》陵越一角獲上海電視節白玉蘭獎最佳男配角提名。 ?6月5日，其主演的動作電影《搏擊迷城》上映。 ?7月參演電影《大轟炸》 ?，并加盟真人CG電影《爵跡》 ?。10月26日，陳偉霆親自參與曲展創作的歌曲《1121》全球首發。 ?11月24日，其主演的電視劇《老九門》開拍，在劇中他飾演男主角張啟山。 ?

　　2016年2月24日，其主演的電視劇《因為愛情有幸?！?在湖南衛視播出。 ?3月起拍攝電影《鐵木真傳說》，飾演男主鐵木真。 ?6月20日，其主演的電視劇《老九門》在東方衛視播出。 ?8月5日，其主演的愛情喜劇電影《那件瘋狂的小事叫愛情》上映。 ?9月30日，其主演的全真人CG魔幻題材電影《爵跡》上映。 ?