第5屆澳門國際電影節最佳男配角
第6屆英國萬像國際華語電影節最佳青年男演員獎
第28屆十大勁歌金曲杰出表現獎金獎
第29屆十大勁歌金曲最受歡迎唱作歌星銅獎
2014國劇盛典最受歡迎全能藝人
2003年，陳偉霆因參加全球華人新秀香港區選拔賽，獲得“金咪大獎”、“勁舞臺風演繹獎”及“自我才華表演獎”，隨即進入演藝圈并簽約英皇娛樂。
2006年，6月陳偉霆以新成員身份與張致恒、麥子豪組成SunBoy'z組合，開始建立跳舞歌手的形象。
2008年，4月SunBoy'z組合正式解散；9月推出個人首張音樂專輯《WillPower》，憑借該專輯陳偉霆獲香港十大勁歌金曲頒獎禮“最受歡迎男新人金獎”、香港十大中文金曲“最有前途新人金獎”。
2009年，7月17日陳偉霆個人第二張音樂專輯《Warrior戰士》發行，其首次參演的電影《竊聽風云》也于7月24日上映。同年，他先后兩次參加東方衛視《舞林大會》全國版節目，擔任比賽的選手展現舞技。
2010年，3月由王晶執導，陳偉霆、蔡卓妍、吳君如、陸毅共同主演的喜劇電影《美麗密令》上映，在劇中他飾演影視明星秦朗。4月其個人第三張音樂專輯《DoYouWannaDance》發行。12月6日陳偉霆發行個人第四張音樂專輯《HeadsorTails》。
2011年，3月其主演的電影《出軌的女人》作為第三十五屆香港國際電影節參展作品；8月25日其推出個人第五張音樂專輯《WOW》；9月陳偉霆在香港新都城中心出席頒獎禮，并獲2011年“十大健康之星”。
2012年，7月10日陳偉霆個人第六張音樂專輯《PopItUp》發行；11月其主演的黑幫動作電影《扎職》上映，在劇中飾演大學高材生阿霆。
2013年，陳偉霆將工作重心轉移至中國內地，7月正式將內地電視劇約簽入阿諾工作室旗下，并接拍古裝武俠劇《少年四大名捕》，在劇中他飾演四大名捕之一的追命；4月錄制湖南衛視《快樂大本營》。
2014年，1月其與謝霆鋒，余文樂，胡軍共同主演的災難電影《救火英雄》上映，陳偉霆憑借飾演劇中的張文健一角獲澳門國際電影節最佳男配角獎項；7月2日其主演的古裝玄幻愛情劇《古劍奇譚》在湖南衛視鉆石獨播劇場開播，在劇中他飾演大師兄陵越一角。9月其主演的都市浪漫愛情電視連續劇《緣來幸福》在北京舉行開機發布會。同年，陳偉霆還接拍由何澍培導演的民國題材劇《活色生香》，在劇中飾演安逸塵一角。11月25日憑借飾演的勵志喜劇電影《男人不可以窮》中的男二號薛可勇一角斬獲歐洲萬像國際華語電影節最佳青年男演員獎，該電影隨后于12月24日在內地上映。
2014年12月，陳偉霆憑借《男人不可以窮》入圍澳門國際電影節最佳男配角獎項，但因工作在身未能赴會。12月17日，陳偉霆在2014國劇盛典上一舉摘得“2014年度最受歡迎全能藝人”與“2014年度電視劇媒體最期待演員”兩項獎項
2015年1月主演電視劇《蜀山戰紀之劍俠傳奇》，陳偉霆在劇中飾演男主角丁隱/丁大力。5月，陳偉霆憑《古劍奇譚》陵越一角獲上海電視節白玉蘭獎最佳男配角提名。6月5日與趙柯、李菲兒主演的動作電影《搏擊迷城》上映。同時郭敬明發微博稱陳偉霆加盟他的電影《爵跡》。7月參演紀念反法西斯戰爭勝利70周年的獻禮片3D電影《大轟炸》。10月26日，陳偉霆親自參與曲展創作的歌曲《1121》全球首發。