1999年,陈星旭在动物园玩耍时被星探发掘,拍摄了一系列广告。2000年,陈星旭出演了个人首部电视剧《激情燃烧的岁月》,在剧中饰演童年石海。2005年,参演了根据马晓丽小说《楚河汉界》改编的军事战争剧《将门风云》。2006年5月,在由陈宝国,苗圃等主演的红色军旅剧《烈日炎炎》中,饰演罗师长和秋芳的儿子。12月,近代红色儿童电视剧《闪闪的红星》制片方在寻找潘冬子演员时,通过《激情燃烧的岁月》看中了陈星旭；陈星旭通过试镜,获得了潘冬子角色。2007年,参演了郑晓龙执导的家庭伦理剧《金婚》。之后,参演了民国情感剧《秋海棠》。2010年9月16日,由张艺谋执导,周冬雨和窦骁主演的爱情电影《山楂树之恋》在国内上映,在片中陈星旭饰演老三的弟弟。2015年,在都市爱情片《北京·纽约》中饰演少年蓝一。2017年1月9日,主演的根据金庸同名小说改编,蒋家骏执导,郭靖宇监制的古装武侠电视剧《射雕英雄传》在东方卫视播出,在剧中陈星旭饰演聪敏机警却处处争强好胜的杨康。2018年5月,主演军事题材网络电影《灭狼行动》。2019年2月14日,与彭小苒主演的古装言情剧《东宫》在优酷播出,在剧中饰演步步为营,腹黑心狠的太子殿下李承鄞,同时也是情深似海,相思不悔的顾小五。4月24日,在湖南卫视《逐梦航天——2019“中国航天日”文艺晚会》上弹钢琴与彭小苒合唱《小星星》。5月9日,在MODERNNIGHTOUT全球先生之夜中获得摩登商业价值演员奖。2020年1月5日,主演的军事电影《灭狼行动》在爱奇艺上线,在片中陈星旭饰演特种兵王周扬,在一次联合行动中痛失战友,隐忍筹谋多年后搭档特警之王肖克,与黑暗势力展开了一场惊心动魄的生死对决。5月1日,主演的古装奇幻网络电影《倩女幽魂：人间情》在腾讯视频上线,陈星旭凭宁采臣一角获得腾讯视频星光大赏年度网络电影演员奖。11月16日,主演的中国首部以高铁机车发展为时代背景的现代都市励志剧《最好的时代》登陆湖南卫视,陈星旭在剧中饰演男主角李延峰,与林真一,谭靖州齐心协力研发高速铁路新技术,推动中国高速铁路迈进划时代台阶。2021年4月13日,与李易峰搭档主演火箭军题材电视剧《号手就位》开播,在剧中饰演火箭军欧阳俊；10月14日,与盖玥希主演的悬疑网剧《真相》在优酷播出,在剧中饰演痕检技术人员林远昊；11月9日,与张婧仪共同主演的民国言情剧《一见倾心》在优酷播出,并在剧中谭家军少帅谭玹霖。2022年10月27日消息,将参演电视剧《我们的翻译官》。2023年2月16日,领衔主演的电视剧《星落凝成糖》发布定档海报,宣布在江苏卫视,浙江卫视,优酷同步播出。4月28日,参演的电视剧《你也有今天》官宣开机。《东宫》李承鄞《号手就位》欧阳俊《真相》林远昊《一见倾心》谭玹霖
陈星旭虽出生于沈阳,但因为妈妈到北京做生意,所以带着他来到北京,并让他在北京海淀区外国语实验学校读小学。初高中均就读于北京舞蹈学院附属中学。2014年,陈星旭以表演系专业第一名的成绩考入中央戏剧学院。
2021年7月,为河南暴雨灾情捐款20万元。时间活动名称活动简介2019年《益起追光吧》2019明星脱贫公益品牌计划