陈昱霖的家乡位于湖北省中部的荆门市，她最初使用的名字是陈梦琳。在求学阶段，她于2006年从荆门市东宝中学的高三五班顺利毕业。凭借在校期间的出色表现和优异的高考成绩，她成功考入了武汉音乐学院，开始了在音乐领域的专业学习。网络上流传的一些她学生时代及早期的照片，记录了她青涩时期的模样。
在2006年，陈昱霖的演艺事业开始崭露头角，她首先参与了中央电视台的知名栏目《星光大道》，借此平台展示了自己的才华。同年，她还独立创作并推出了一首倡导环保理念的歌曲《幻》，亲自完成了歌词与曲谱的编写工作，体现了她在音乐创作方面的初步尝试。此外，陈昱霖还报名参加了《国庆七天乐》在湖北地区举办的专场选拔活动，经过多轮角逐，最终凭借出色表现夺得了该专场的冠军荣誉，这为她后续的演艺道路奠定了良好基础。 进入2007年，陈昱霖的活动更为频繁。四月间，她参与了由《武汉晚报》机构所组织的“江城搜美”大型评选活动，进一步提升了公众知名度。同年六月，她登上湖北卫视的选秀舞台，参加了节目《极限高歌》的激烈竞争，不仅成功晋级，还在全国总决赛中取得了第九名的优异成绩。也是在这一年，她在全国性的流行音乐大赛中荣获铜奖，再次证明了其歌唱实力。 2009年5月，陈昱霖与歌手谷微携手，以“princess”组合的形式共同参加了湖南卫视选秀节目《快乐女声》在长沙唱区的比赛；此后，她又以个人身份参加了该节目在武汉赛区的选拔，展现了多面的参赛姿态。同年，她还参与了AEG香港新亚洲娱乐联盟主办的歌唱新星比赛，经过层层选拔，最终获得了全国亚军的好成绩，歌唱事业再上新台阶。随后，她的演艺触角延伸至音乐视频领域，出演了张峻宁演唱的歌曲《小飞侠》的MV拍摄，丰富了艺术实践经历。 2011年，陈昱霖迎来了个人首部电视剧作品，她在由谢霆锋、张卫健联袂主演的青春励志剧《下一个奇迹》中饰演了张小樱一角，这次表演标志着其正式向影视演员转型。2013年5月，她进一步拓宽戏路，与金起范、朱梓骁、赵丽颖等演员合作，共同出演了一部古装轻喜剧《吉祥天宝》，在轻松幽默的剧情中磨练了演技。 2014年9月15日，一部由陈昱霖搭档柳小海、包文婧主演的网络情景喜剧《怪咖啡》于腾讯视频正式上线播出，她在剧中生动演绎了店长启萱的妹妹启画这一角色，获得了不少观众的关注。2016年6月6日，陈昱霖首次担纲主演的古装轻喜剧《吉祥天宝》同样在腾讯视频播出，该剧播出后反响热烈，开播仅一周播放量便突破一亿大关。她在剧中饰演的法医孟小蝶，不仅外形秀气清纯，性格更是有勇有谋，这一角色的成功塑造赢得了观众的广泛认可。 2017年1月7日，一部奇幻喜剧动画电影《猪猪侠之英雄猪少年》登陆院线，陈昱霖在此片中首次尝试配音工作，为“广播员”一角献声，展示了其在声音表演方面的潜力，进一步丰富了其艺术生涯的维度。
陈昱霖的父亲是长途汽车司机，母亲是售票员。
【注：其中未播出作品为拍摄时间】
陈昱霖的外形娇小玲珑，面容甜美可人，她不仅具备出众的容貌，更时常在不经意间嘟起小嘴，流露出自然生动的可爱情态。她那精心修饰的韩式雾眉与细致的美瞳线相互映衬，格外突显出一双明亮而迷人的眼睛，整体样貌显得格外清新纯真。在演员的职业道路上，陈昱霖始终秉持着敬业的态度，于片场拍摄时全力以赴、刻苦钻研，因此不仅赢得了导演元德的高度认可与充分肯定，更被业界评价为未来潜力巨大、前途难以限量的新生代艺人。陈昱霖的五官分布匀称而精致，肌肤白皙、容貌秀丽，她身上既充盈着满满的少女气息，又时常展现出一种灵动而俏皮的独特气质。而在作品《吉祥天宝》中，陈昱霖的每次登场都带给观众格外亲切自然的观感，她所饰演的孟小蝶是一个涉世未深、心性单纯的女孩，陈昱霖精准地把握住了角色天真懵懂的特质，将小姑娘那份不谙世事的灵动与娇憨演绎得淋漓尽致，因而被众多观众与评论者称赞其演技扎实、表现在线。
2018年9月24日，演员陈昱霖在其个人朋友圈发布了一篇长文，详细叙述了自己与演员吴秀波之间持续七年的恋情。她在文中表示，自己在这段关系期间为了对方放弃了演艺事业，全心投入于为吴秀波处理日常生活琐事，包括洗衣做饭、照料起居，甚至陪伴左右，但最终却遭遇对方的无情抛弃。此文一经发布，便迅速引发了公众的广泛关注。次年1月21日，有网友发现了陈昱霖的私人Instagram账号，其中展示的生活状态极为奢华，几乎全年都在乘坐私人飞机环球旅行，所使用的衣物、配饰等均为奢侈品牌，这与她此前自称被吴秀波“圈养”在横店某房间内、过着为其洗衣搓背炖汤侍寝生活的描述形成了鲜明对比。 2018年11月5日，陈昱霖在机场被公安机关带走，随后因涉嫌敲诈勒索罪被正式逮捕并羁押。2019年1月18日，陈昱霖的父母通过女儿的微博账号发布了一封公开信，信中称女儿自曝光与吴秀波的恋情后，反被男方以“曝光隐私勒索钱财”为由报警，从而导致被捕。陈昱霖父母在信中坚称女儿是遭人设计陷害，并表示相信其清白无辜。对此，吴秀波方迅速作出反应，通过律师发出声明，指出该公开信内容失实，并将依法追究发布者的法律责任。1月19日，陈昱霖的母亲再次发文，透露自女儿被捕后，他们已多次向吴秀波恳求沟通与谅解，但始终未获回应。她解释称，起初陈昱霖仅处于拘留阶段，他们夫妇曾以为吴秀波会顾念旧情，只是想给女儿一个教训，然而随着拘留期被延长并最终转为批准逮捕，他们意识到女儿可能面临严重的牢狱之灾，无奈之下才决定向公众披露此事。 此外，陈昱霖的年龄问题也一度成为舆论焦点。2018年9月她发文后，其个人资料显示的1993年出生年份引发了众多网友的质疑。根据国家广电总局于2006年发布的相关通知，未满18周岁的未成年人不得报名参加选秀节目。而公开记录显示，陈昱霖曾以原名陈梦琳先后参加了2007年湖北卫视的选秀节目《极限高歌》以及2009年湖南卫视的选秀节目《快乐女声》。若按其当时声称的1993年出生计算，她在2007年和2009年参赛时均未满18周岁，这与当时的政策规定明显不符。面对持续质疑，陈昱霖的母亲于2019年1月19日发布的文章中最终承认，女儿的实际出生年份为1988年。 2021年2月18日，吴秀波指控女友陈昱霖敲诈勒索一案的判决书被媒体曝光。根据判决结果，被告人陈昱霖因犯敲诈勒索罪，被判处有期徒刑三年，缓刑三年，并处罚金人民币十万元。至此，在被羁押于北京市朝阳区看守所两年多后，陈昱霖已依法出狱。