1976年，因在谢晋执导的电影《青春》中演哑妹而崭露头角。1979年，与唐国强、刘晓庆主演电影《小花》，将这个有着特殊命运的赵小花，饰演地极具有感情色彩。1980年19岁的陈冲凭借《小花》获第3届大众电影百花奖最佳女演员奖和南斯拉夫电影节最佳女演员奖。1981年主演滕文骥执导的影片《苏醒》。1986年，陈冲被意大利制片人迪诺·德·劳伦蒂斯在停车场发现，被邀主演美国电影《大班》。1987年，在贝尔纳多·贝尔多鲁齐执导的电影《末代皇帝》中饰演女主角婉容。1990年，她在美国影坛渐渐崭露头角。1990年参与大卫·林奇执导的电视剧《双峰镇》。1993年，她成为了《天与地》中的“母亲”一角。同年陈冲还接拍了罗卓瑶执导的电影《诱僧》。1994年，因主演《红玫瑰与白玫瑰》获金马奖最佳女主角。1995年，陈冲出任柏林电影节评委，由于看到很多没有意义，缺乏价值电影，陈冲决定自己编剧、导演。1997年，首次执导影片《天浴》，该片获得了台湾第35届金马奖最佳导演、最佳男女主角、最佳音乐等七项大奖。1998年，被邀回国参演电视剧《绿卡族》。2000年，陈冲投资5000万美元并执导《纽约的秋天》，虽然电影受制作方诸多限制，但还是为电影公司赚了一亿美元。2005年，陈冲出演Alice Wu执导的《面子》，并与美国华盛顿州长骆家辉一同获得美洲华人博物馆颁发的优秀华裔奖。2007年，陈冲凭借主演的澳州影片《家乡的故事》夺得第四十四届金马奖最佳女主角奖、澳洲影后，同年荣获了美国夏威夷电影节终身成就奖。2008年，陈冲凭《太阳照常升起》获第二届亚洲电影大奖最佳女配角和百家传媒致敬大奖。2012年，陈冲饰演《隋唐英雄》文献皇后独孤伽罗，隋朝云中人，北周大司马独孤信之七女。2013年，中央电视台《舞出我人生》 舞伴齐志峰。6月16日央视《舞出我人生》第八期，陈冲齐志峰演绎了一曲《兄弟》。2014年，参与加利福尼亚州《末代皇帝》放映式，10月1日参与第51届金马奖评选，并委任第51届金马奖评委会主席。2015年，搭档黄晓明、杨幂、杨颖等参演电影《何以笙箫默》，饰演裴方梅一角。2016年，参演赵薇导演作品《没有别的爱》。参演古装剧《如懿传》。2018年，加盟杰西卡·查斯坦主演新片《伊芙》。2019年12月13日，主演的电影《误杀》上映。
