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2002年拍摄《台湾阿诚》饰演白锦明一角使坏而走红。2003年前往大陆发展，接演《风摧边关》饰演匡连海。2005年参演电视剧《中华英雄》饰演金太保。
陈冠霖2006年与何润东董洁合作出演电视剧《梁山伯与祝英台》，剧中陈冠霖首度颠覆马文才形象跟何润东大抢董洁。
2007年陈冠霖与各地影迷一起齐聚上海某ktv，和大家一起聊天、唱歌、合影，耐心回答大家所有的问题，与每一位影迷零距离接触。
2008年9月1日由台湾导演陈朱煌执导、刘雪华、郭珍霓、符馨尹、陈冠霖、贺刚等明星出演的苦情剧《妈妈为我嫁》首次播放。
2009年接演台湾三立年度大戏《天下父母心》。2011年7月推出个人首张专辑《木头人》。同年11月参演年代情感剧《寡妇村》，首次出演男一号扫盲班教师宋长文。
2012年参演电视剧《天下女人心》饰演杜英骐/许少强，在11月20日起每晚八点于三立台湾台播出。
2014年主演电视剧《世间情》在三立台湾台播出。同年4月参演的谍战大戏《代号九耳犬》在广东和广西两大卫视黄金档播出，其中陈冠霖饰演傅约翰。2018年6月29日，主演电影《凤皇传》上映，在片中饰演苻坚。