2006年，出演个人首部电视剧作品《换换爱》而进入演艺圈，并在剧中饰演义气又直爽的江小南。

2007年，主演爱情偶像剧《这里发现爱》，并在剧中饰演乐观开朗、可爱又有点傻气的潘能贤；同年，与杨丞琳、潘玮柏合作出演爱情偶像剧《不良笑花》，陈妍希在剧中饰演敢爱敢恨、高傲自负的千金大小姐江蜜。

2008年，陈妍希出演了首部内地合拍剧《醉红尘》 ，在剧中饰演出身贫苦、个性刚强的雷锦仪。

2009年，陈妍希出演了电影处女作《听说》，在片中饰演在游泳方面极有天赋的运动员小朋；并凭借该片提名第46届台湾电影金马奖最佳新演员、第12届台北电影节最佳女演员。

2010年，主演爱情片《初恋风暴》；同年，陈妍希与柯震东合作出演了根据小说改 编的青春爱情片《那些年，我们一起追的女孩》，并在片中饰演清纯可爱的女主角沈佳宜 ；12月，参演年代传奇剧《镜海风云》。

2011年8月19日，陈妍希主演的青春爱情片《那些年，我们一起追的女孩。》在中国台湾上映，取得4.1亿新台币的票房，打破台湾电影票房纪录。此外，陈妍希还在片中献唱了个人创作的片尾曲《孩子气》；10月20日，该片在香港上映，取得6128万港币的票房成绩；同年，主演台湾偶像剧《记得，我们有约》，在剧中饰演个性活泼、自立自强的江沐云。

2012年1月6日，陈妍希主演的青春爱情片《那些年，我们一起追的女孩》登陆中国内地上映，而她则凭此片提名第48届台湾电影金马奖最佳女主角，并凭该片获得全球华语榜中榜最佳电影女演员、纽约亚洲电影节新人奖以及第12届华语电影传媒大奖最受瞩目表现奖；2月3日，其主演的爱情喜剧片《爱的面包魂》上映；同年，主演古装爱情片《花漾》。

2013年，陈妍希主演了浪漫爱情片《在一起》，在片中饰演清纯可 人的乔乔；5月10日，发行个人首张原创音乐专辑《Me,Myself,And I》，并凭该专辑获得第11届CCTV-MTV音乐盛典港澳台地区年度最受欢迎潜力歌手。而专辑则收录了《sorry》、《直觉》等在内的十首歌曲；同年，与李连杰联袂主演了动作喜剧片《不二神探》，并在片中饰演果断干练、临危不乱的警局女上司Angela；12月，主演由于正执导的古装武侠剧《神雕侠侣》，担任女主角小龙女一角。

2014年5月16日，陈妍希主演的动作片《城市游戏》上映，并在片中饰演游戏高手菲菲；12月3日，陈妍希搭档陈晓主演的古装武侠剧《神雕侠侣》首播，她在剧中饰演容貌倾国倾城的小龙女一角，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11月13日，陈妍希主演的青春爱情片《年少轻狂》上映，她在片中饰演乖巧可爱、性格腼腆的女主角邱樱子，并献唱个人创作的电影插曲《哗啦啦》；11月，其主演的好莱坞电影《夏威夷之恋》入围第35届夏威夷国际电影节哈利库拉尼金兰花奖，并作为电影节开幕影片；11月29日，根据国产动漫改编的古装武侠剧《秦时明月》播出，陈妍希在剧中饰演医术高明但性格泼辣的墨家医仙端木蓉；并 凭该角色提名第19届华鼎奖中国古装题材电视剧最佳女演员 。

2016年2月14日，陈妍希主演的爱情片《奔爱》上映，并在片中饰演了美丽恬静的护士莉莉；4月29日，其主演的爱情悬疑片《夏威夷之恋》在美国上映，该片是陈妍希首次全英文对白演出，她在片中饰演年轻的实习医生张莉莉，并凭该角色获得第32届洛杉矶亚太电影节剧情类最佳女主角；同年，主演由娄烨执导的悬疑片《风中有朵雨做的云》；11月11日，陈妍希在上映的喜剧片《外公芳龄38》中饰演了精灵古怪的辣妈唐慧茹；12月11日，都市情感剧《北上广依然相信爱情》播出，陈妍希在剧中饰演认真单纯的职场菜鸟黄依然 。

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。

2019年10月2日，陈妍希参与《跟你老婆去旅行》在魁北克Jean-Lesage机场开镜。