2006年6月，陳偉霆作為新成員與張值恒和麥子豪壹起組成了陽光男孩的Z組合，開始樹立舞者形象。
2008年，Sun Boy'z組合於4月正式解散；9月，發行首張音樂專輯《意誌力》。憑借這張專輯，陳偉霆獲得了香港十大翡翠純金頒獎禮“最受歡迎男新人金獎”和香港十大華語金曲“最具潛力新人金獎”。
2009年7月17日，陳偉霆的第二張音樂專輯《勇士》發行，他的第壹部電影《竊聽風雲》也於7月24日上映。同年兩次參加東方衛視《舞林大會》全國版，作為參賽選手壹展舞技。
2010年3月，由王晶執導，陳偉霆、蔡卓妍、吳君如、藝鷺等主演的喜劇電影《美麗密令》上映，在其中飾演影星秦朗。4月，他的第三張音樂專輯《妳想跳舞嗎》發行。65438年2月6日，陳偉霆發行了他的第四張音樂專輯《正面還是反面》。
2011年3月，由他主演的電影《出軌的女人》在第35屆香港國際電影節展映；8月25日，發行第五張音樂專輯《Wow》；9月，陳偉霆在新首都中心參加頒獎典禮，榮獲2011年度“十大健康之星”。
2012年陳偉霆第六張個人音樂專輯《Pop It Up》7月10日發行；11年6月，他執導的黑幫動作電影《紮誌》上映，在片中他飾演高飛阿婷，壹名大學生。
2013年，陳偉霆將重心轉移到中國內地，並於2月底接拍古裝武俠劇《四大名捕》，在劇中飾演四大名捕之壹的角色。7月，他正式簽約大陸電視劇進入阿諾工作室，並拍攝《傳奇之劍》，在其中飾演大哥嶽翎。
2014年，1年，災難電影由謝霆鋒、余文樂、胡軍聯袂主演的《救火英雄》上映，陳偉霆憑借在劇中飾演的張文健壹角獲得澳門國際電影節最佳男配角獎。三月底，他接下了何澍培導演的民國劇，在其中飾演安逸塵。7月，其古裝劇《仙劍奇俠傳》播出，因此被內地觀眾熟知。9月拍攝都市言情電視劇《緣分到幸福》。11拍攝電視劇《因為愛才有幸福》。10月25日，165438+憑借在勵誌喜劇電影《男人不能窮》中飾演的男二號薛克勇獲得歐洲icff最佳青年演員獎，同時憑借該角色入圍澳門國際電影節最佳男配角獎。該片隨後於65438年2月24日在內地上映。65438+2月17，陳偉霆在2014國劇盛典上獲得“2014最受歡迎全能藝人”和“2014電視劇媒體最值得期待演員”兩項大獎。
2015年，5438+0年6月，電視劇《蜀山之戰劍俠傳》拍攝，陳偉霆飾演主角丁寅/丁大力。今年5月，陳偉霆憑借《仙劍奇俠傳》獲得上海電視節白玉蘭獎最佳男配角提名。6月5日，由他主演的動作片《搏擊迷城》上映。7月，參演電影《大轟炸》，加盟CG電影《大獎賽》直播。10年10月26日，陳偉霆親自參加歌曲《1121》全球首映禮。165438+10月24日，由他主演的電視劇《老九門》開拍，他在其中飾演男主角張啟山。
2016年2月24日，由他主演的電視劇《因為愛而幸福》在湖南衛視播出。3月10日，由讓·雅克·阿諾監制、蒙古導演哈斯·魯超執導的《鐵木真傳奇》舉行開機儀式。9月30日，其全生命CG魔幻電影《格蘭披治》上映。