道光二十八年（1848年），陳寶琛出生於福建閩縣螺洲，他的曾祖父陳若霖官至刑部尚書。陳家在唐末從河南固始南遷福建，明洪武年間定居螺江，人稱“螺洲陳”，下傳到這壹代已十九世。陳家在明嘉靖十壹年六世祖陳淮第壹個成為進士，從此先代常有人由科舉而進入仕途。 從陳若霖起，開始顯達，陳寶琛更是位居太傅。陳若霖之後，五代都有人中進士、舉人，綜計明清兩代，陳家中進士二十壹名，中舉人壹百壹十名。
同治七年（1868年），陳寶琛中進士，選翰林院庶吉士，授編修。陳寶琛兄弟六人，他的胞弟陳寶瑨和陳寶璐中進士，陳寶琛的三個胞弟陳寶琦、陳寶瑨、陳寶璜等也皆舉人出身，時稱“六子科甲”，顯耀榕垣。
光緒元年（1875年），陳寶琛被提拔為翰林侍讀，與學士張佩綸、通政使黃體芳、侍郎寶廷等四人好論時政，合稱“清流四諫”。 光緒四年（1878年），清廷派完顏崇厚出使俄國。崇厚貪生怕死，擅自簽訂不平等條約。陳寶琛失聲痛哭，指出國家不能失去主權，堅決主張“誅崇厚，毀俄約”。他在此後提出的東三省官員應該滿漢兼用等建議無疑都是很有遠見的。 光緒五年（1879年），沙俄侵占新疆伊犁九城，陳寶琛力主收復。
光緒六年（1880年），任武英殿提調官。慈禧身邊的太監與清宮午門護軍爭毆，慈禧偏袒肇事的太監，下旨嚴懲守職的護軍，陳寶琛上奏力諫，終於使慈禧收回成命，這件“庚辰午門案”壹時轟動朝野。翌年，授翰林院侍講學士，纂修《穆宗本紀》。光緒八年（1882年）任江西學政，重修白鹿洞書院。光緒九年（1883年），因為奉旨校對《穆宗毅皇帝聖訓》而議敘，以示獎勵，被授為內閣學士兼禮部侍郎。當時，法國侵犯中國屬國越南，陳寶琛與清流派領袖張佩綸力薦唐炯、徐廷旭擔任軍職。
光緒十年（1884年），陳寶琛上書光緒帝想要招募兵勇並參考西方的練兵方法訓練，條陳籌餉、選將、練兵、簡器四件大事，主張通過變化練兵的辦法達到強兵的目的，要根據實際情況任用人才，通過籌餉的方式讓練兵的事變得持久長遠。之後光緒帝提拔陳寶琛會辦南洋的事宜。後來因為他推薦的唐炯、徐廷旭兵敗受到牽連，吏部商議將他降五級處分。 光緒十壹年（1885年），陳寶琛應臺灣巡撫劉銘傳之邀赴臺。陳寶琛返回福建後，修葺先祖的賜書樓，並且修建滄趣樓。 自此，他閉門讀書、賦詩、寫字。光緒二十五年（1899年），陳寶琛任鰲峰書院山長，以大量培養人才，推廣教育為目標，曾倡導設立東文學堂、師範學堂、政法學堂、商業學堂。主持高等學堂的時候，陳寶琛派遣法、政、商、工、農等科的學生前去日本留學。
光緒三十壹年（1905年），陳寶琛任福建鐵路總辦，主持修築漳廈鐵路，陳寶琛又出任福建高等學堂監督，深感學務繁忙、力不從心。於是，他邀集省城士紳座談，倡議成立全閩教育商榷機構，大家壹致贊成。當年十壹月，閩省學會（此乃福建教育總會的前身）宣告成立，陳寶琛被公推為會長。學會成立後，由於眾人同心同德、群策群力，八閩大地掀起了興辦小學堂的小高潮。光緒三十三年（1907年），在陳寶琛的主持下創立全閩師範學堂（今福建師範大學）。
光緒三十四年（1908年）溥儀登基後，陳寶琛首發為“戊戌六君子”昭雪之議，奏請降旨褒揚。他為溥儀皇帝授讀三年，備受恩寵。 宣統元年（1909年），陳寶琛奉召入京，擔任禮學館總纂大臣。宣統三年（1911年），陳寶琛在毓慶宮行走，任宣統帝溥儀的老師，賜紫禁城騎馬。繼任漢軍副都統、弼德院顧問大臣。
民國元年（1912年）2月12日，清帝遜位，後仍追隨溥儀。命修《德宗實錄》。民國初年，陳寶琛仍留戀故宮裏的遜清小朝廷，表現出他深受傳統忠君報恩思想的影響。民國二年（1913年），命陳寶琛主修《德宗實錄》。
民國十年（1921年），修成《德宗本紀》，授太傅。民國十二年（1923年），引薦鄭孝胥入宮。民國十三年（1924年）十月，溥儀被逐出故宮時，溥儀見到陳寶琛，放聲大哭說：“我無顏見祖宗啊！”陳寶琛忙勸慰道：“皇上切莫悲傷，自古以來哪有不滅亡的朝代呢？而我大清到了今日地步，並非是因為失德而被篡位，皇上也不是亡國之君。皇上年紀尚輕，且博學多識，將來理應成為民國之總統。那時，不是可以告慰列祖列宗了。” 民國十四年（1925年），溥儀至天津，陳寶琛亦移居天津隨侍。民國二十年（1931年）十壹月，溥儀被日本侵略者誘至東北充當偽滿傀儡，次年跟蹤而去，竭力主張復辟大清帝國，反對溥儀出任日本操縱的偽滿蒙***和國總統，與溥儀、鄭孝胥意見不壹，他勸說：“貿然從事，只怕去時容易回時難。”盡管被溥儀認為“忠心可嘉，迂腐不堪”，他仍不顧風燭殘年，冒死赴東北勸諫，差點被日本關東軍囚禁。他郁郁返回天津。
民國二十四年（1935年）病逝，享年87歲，歸葬福州 。