2006年，出演个人首部电视剧《换换爱》而进入演艺圈。
2009年，凭借爱情片《听说》提名第46届金马奖最佳新人演员。
2011年，因出演青春爱情片《那些年，我们一起追的女孩》中沈佳宜一角获得关注，并凭借该片提名第48届台湾电影金马奖最佳女主角。
2013年，发行个人首张原创音乐专辑《Me,Myself,And I》，并获得第十一届CCTV-MTV音乐盛典港澳台地区年度最受欢迎潜力歌手；同年，主演动作喜剧片《不二神探》。
2014年，陈妍希主演的古装武侠剧《神雕侠侣》取得全国同时段电视剧收视冠军，并凭借该角色获得第17届华鼎奖中国古代题材电视剧最佳女演员。
2015年，主演爱情悬疑片《夏威夷之恋》；同年，主演古装武侠剧《秦时明月》，饰演端木蓉。
2016年，主演悬疑片《风中有朵雨做的云》。同年，主演都市情感剧《北上广依然相信爱情》
2018年3月16日，主演的人物传记剧《邓丽君之我只在乎你》正式开机，剧中饰演女主角邓丽君。