2006年，陈昱霖参加了央视栏目《星光大道》，她还推出了绿色环保歌曲《幻》，并担任词曲创作；同年，陈昱霖报名参加了《国庆七天乐》湖北专场，最后获得冠军。2007年4月，参加《武汉晚报》举办的“江城搜美”活动；6月，参加湖北卫视选秀节目《极限高歌》的比赛，并获得全国总决赛第九名；同年，获得全国流行音乐大赛铜奖。2009年5月，与谷微组成“princess”组合参加了湖南卫视选秀节目《快乐女声》长沙唱区的比赛，后来个人参加武汉赛区的比赛；同年，陈昱霖参加了AEG香港新亚洲娱乐联盟举办的歌唱新星比赛，并获得全国亚军的成绩；随后，她还出演了张峻宁的MV《小飞侠》。2011年，在由谢霆锋、张卫健主演的青春励志剧《下一个奇迹》中饰演了张小樱一角，这是她首部电视剧作品。2013年5月，与金起范、朱梓骁、赵丽颖合作出演了古装轻喜剧《吉祥天宝》。2014年9月15日，其搭档柳小海、包文婧出演的网络情景喜剧《怪咖啡》在腾讯视频播出，陈昱霖则在剧中饰演了店长启萱的妹妹启画。2016年6月6日，其首次担当主演的古装轻喜剧《吉祥天宝》在腾讯视频播出，该剧开播一周后播放量破亿，而她则在剧中饰演了外形秀气清纯、性格有勇有谋的法医孟小蝶。2017年1月7日，奇幻喜剧动画电影《猪猪侠之英雄猪少年》上映，陈昱霖为片中的“广播员”一角配音。
