台湾新生代演员。原名陈韦志，2002年出演易智言的清新学生爱情片《蓝色大门》，风靡港台，一炮而红。他那酷酷的外表，时而认真时而顽皮的性情，受到港台诸多导演的器重。 短短几年内先后接拍《最后的爱、最初的爱》(2003，当摩寿史导演，中日合拍)、《五月之恋》(2004，徐小明导演)、《20 30 40》(2004，张艾嘉导演)、《千机变2花都大战》(2004，刘镇伟、梁柏坚导演)、《关于爱》(2005，易智言导演)、《见鬼10》(2005，彭氏兄弟)、《虫不知》(2005，罗志良导演)、《情癫大圣》(2005，刘镇伟导演)、《PK.COM.CN》（2006）、《大灌篮》（2008）等影片。出演的电视剧则有《强盗与天使》(1999)、《极速青春》(2002)等。

2007年，出演电影《大灌篮》，饰演“队长”一角。
2010年，主演青春励志剧《摩登新人类》，并在剧中饰演了玩世不恭的情场浪子凌桀，这是陈柏霖进军内地荧屏的首部电视剧 。
2011年3月，陈柏霖主演了由李玉执导的文艺片《观音山》，并凭借《观音山》中丁波一角入围第13届法国多维尔亚洲电影节 ；同年，陈柏霖出演八大电视台自制的台湾偶像剧《我可能不会爱你》，饰演李大仁一角，自己创作并演唱该插曲《我不会喜欢你》，凭此剧获得2012年度第47届金钟奖戏剧节目最佳男主角奖、雅虎香港人气大奖“海外最受欢迎男演员”奖、2012安徽卫视国剧盛典“港台地区年度网络最受欢迎男演员”奖  。
2012年，与林依晨合作电影《恋爱恐慌症》；《我可能不会爱你》登陆韩国，被韩国中华TV电视台引进，更名为《恋爱的条件》，受到了韩国粉丝的喜爱  ；之后出演了四部微电影，其中微电影《这一刻，爱吧》讲述4种不同的爱情观，该片在“两岸原创微电影大赛”获选人气大奖 。
2013年1月18日，陈柏霖主演的剧情片《变身超人》上映，饰演正义感十足的超人铁男；同年，主演青春微电影《这一刻，爱吧》系列 ；4月，主演的爱情喜剧片《追爱大布局》在中国内地上映 。
2014年7月24日，陈柏霖领衔主演的喜剧爱情片《后会无期》上映，并在片中饰演善良纯净的江河老师。该片首日排片36.86%，居第一，并收获票房7460万元（其中，零点场410万票房排名华语片第四），最终在中国内地收获6.32亿的票房成绩  。
2015年1月8日，陈柏霖主演的奇幻喜剧片《重返20岁》上映，饰演“高冷范儿”的音乐总监谭子明。而陈柏霖除了担任电影男一号之外，同时也是该电影的主要投资人之一，该片内地票房收获3.5亿 ；6月4日，陈柏霖和孙艺珍领衔主演的悬疑片《坏蛋必须死》在韩国济州岛杀青 ；6月21日，由陈柏霖主演并一人分饰三角的电影《再见，在也不见》亮相上海国际电影节，并举行了媒体发布会 ；6月26日，陈柏霖又和韩国BM+娱乐公司合作，该公司负责陈柏霖在韩国的演艺活动；7月1日，陈柏霖与林依晨合作主演的电影版《杜拉拉升职记2》正式杀青  ；9月18日，陈柏霖领衔主演的《再见，在也不见》荣膺金马影展开幕影片  ；11月27日，其主演的悬疑电影《坏蛋必须死》上映，影片还入围了第20届釜山国际电影节；12月18日，陈柏霖主演的奇幻喜剧电影《万万没想到：西游篇》上映，并在片中饰演了博学多识、深谋远虑的唐僧一角  。
2016年3月，陈柏霖搭档宋智孝参加江苏卫视真人秀节目《我们相爱吧第二季》；3月28日，其出演的韩国MBC电视台爱情剧《怪物》播出。