一九九三年，陈楚翰在上海戏剧学院完成学业后，顺利考入广州军区战士话剧团，自此开启了他在戏剧表演与影视配音领域的职业生涯。二〇〇〇年，他参演了由周杰、任泉、李冰冰联袂主演的古装悬疑剧《少年包青天》，在剧中扮演展昭的三师兄、同时也是相国寺杀人案真凶的戒贤一角；这部作品不仅是他的首部电视剧，也标志着他正式踏入演艺圈。次年，陈楚翰与赵文瑄、朱媛媛合作，出演了沈好放执导的历史人物剧《孙中山》，在剧中生动塑造了马湘这一角色。二〇〇二年，他再度与梅婷、冯远征、王学兵、董晓燕等演员合作，参演了张建栋执导的伦理剧情剧《不要和陌生人说话》，并成功诠释了剧中强奸犯高兵这一复杂人物。 到了二〇〇四年，陈楚翰参与了沈好放执导的家庭爱情剧《血玲珑》的拍摄；同年，他还为动画片《大力水手》的男主角波派担任配音，展现了其在声音表演方面的才华。二〇一〇年，他与温峥嵘、徐僧共同主演了高进军执导的谍战剧《毒刺》，在剧中饰演一位阴险狡诈、手段狠辣的国民党特务头子，将反派角色的奸恶特质刻画得入木三分。次年，陈楚翰搭档赵文卓，主演了古装武侠剧《七侠五义》，他所饰演的彻地鼠韩彰智勇双全、侠肝义胆，给观众留下了深刻印象；同年，他还与佟大为、黄圣依合作，出演了沈好放执导的近代传奇剧《下南洋》，在剧中扮演为亲情义无反顾投身抗战的容铁铸；九月，他又与段奕宏、袁文康共同参演了张黎和刘淼淼联合执导的战争题材电视剧《圣天门口》，其角色从黑社会老大历经磨练，最终成长为一名屡立战功的将士，人物弧光十分鲜明。 二〇一二年，陈楚翰与何晟铭、张逗逗、王鸥联袂主演了桑华执导的传奇战争寻亲剧《桐柏英雄》，在剧中饰演一个猥琐胆小、贪财市侩的反动军人韩四；随后，他又与李立群搭档，主演了钱五一执导的近代传奇剧《汉口码头》，成功塑造了有勇无谋的纨绔子弟蔡三爷。二〇一三年三月，他与于震、阿朵共同主演了李京执导的谍战剧《专列一号》，在剧中演绎了胆大心细、亦正亦邪的土匪英雄盖振海；七月，他又同何政军、于小慧联袂主演了沈好放执导的现代情感剧《大路上》，饰演一位技术娴熟的骨干焊工曹文利。 二〇一四年，陈楚翰与潘雨辰、丁勇岱合作，出演了高进军执导的现代法治题材电视剧《守望正义》，在剧中扮演一位正直果敢的城市刑警。二〇一六年五月，他携手王新军、温峥嵘、隋俊波、姚刚、王琦等演员，主演了陈林海与刘峰共同执导的年代谍战剧《半步之遥》，在剧中诠释了一位为革命事业奋不顾身的共产党高级官员。二〇一八年九月，陈楚翰参演了热血传奇剧《橙红年代》，与陈伟霆、马思纯、巫刚、王同辉等同台演出，在剧中饰演女主角胡蓉的亲生父亲黄振武。 二〇二〇年，他在王凯、王鸥、胡军、刘奕君领衔主演的跨国追逃经侦题材剧集《猎狐》中，饰演了王柏林的同伙唐洪。二〇二一年四月二十五日，他参演的电视剧《风暴舞》正式播出。二〇二三年三月，由他主演的网剧《不可告人》开机；同年七月二十七日，其主演的电视剧《潜行者》定档于CCTV-8及腾讯视频播出。二〇二四年五月八日，他参演的网剧《不可告人》在爱奇艺平台上线。二〇二五年六月十八日，其参演的电视剧《淬火年代》也与观众见面。
陈楚翰是一位以饰演反派角色而深入人心的演员，其粗犷硬朗的外形之下，蕴藏着精湛的表演功力。他所塑造的众多反面人物并非流于表面，而是个个拥有鲜明的个性与饱满的情感层次，给观众留下了极为深刻的印象。在每一部作品中，他都能突破既往框架，带来全新而独特的观感体验，展现出作为演员的可塑性。在电视剧《大路上》的拍摄过程中，他凭借其纯熟老道的演技和全情投入的敬业精神，赢得了整个剧组的一致好评。陈楚翰那标志性的大胡子，结合其幽默诙谐的表演风格与接地气的生动演绎，为作品《桐柏英雄》注入了丰富的喜剧元素与观赏趣味，大大增添了剧集的笑点与可看性。而在《七侠五义》里，他以长发飘逸、眼神凌厉、须发间隐现银丝的造型登场，淋漓尽致地诠释了一位侠客的隐忍气度与恢弘格局，角色魅力十足。在现实生活里，陈楚翰热衷于健身运动，保持着健硕挺拔的体格，这与其银幕上充满力量的形象相得益彰。
在参与电视连续剧《水点桃花》的拍摄工作期间，剧组于一次实地取景并安排演员走戏的过程中，发生了一起意外事件。当时，现场一件看似普通且日常使用的小型道具，在操作或移动时不慎触及了演员的眼睛，导致了眼部被刺伤的意外伤害。这一情况虽然源于细微的物件，却对拍摄进程与相关人员的安全带来了切实的影响。