陈冲从小生长在一个医务工作者家庭，受父母影响，养成爱读书的习惯。她读小学时，开始学习弹钢琴、拉手风琴。读中学时，参加了学校剧团的活动，演出了许多文艺节目，为日后的演出打下了坚实的基础。
1978年她考取上海外国语学院，主修英美文学。为摆脱成名困惑，1981年赴美留学，通过奖学金，图书馆，餐厅打工来维持生活。1981年，就读于纽约州立大学新帕尔兹分校，但发现电影仍然是自己的爱好，此后在加州州立大学北岭分校学习电影制作，1986年起，只身勇闯好莱坞。
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；次年，19岁的陈冲凭借该片获得第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届台湾电影金马奖最佳导演奖、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44届台湾电影金马奖最佳女主角奖等，并于同年荣获美国夏威夷国际电影节终身成就奖。
2008年，陈冲凭《太阳照常升起》获第2届亚洲电影大奖最佳女配角奖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届台湾电影金马奖评选，并委任评委会主席。
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》。
坚如磐石2020 导演张艺谋 主演雷佳音、张国立、于和伟、周冬雨
伊芙2018 导演泰特·泰勒 主演杰西卡·查斯坦
没有别的爱2016 饰演未知 导演赵薇 主演韩红、戴立忍、袁泉
何以笙箫默2015 饰演裴方梅 导演黄斌、杨文军 主演黄晓明、杨幂、杨颖
王朝的女人·杨贵妃2014 饰演武惠妃 导演田壮壮 主演范冰冰、黎明、宁静
放浪记2014 饰演韦天怡 导演关锦鹏 主演赵薇
露水红颜2014 饰演徐母 导演高希希 主演刘亦菲、郑智薰
稍安勿躁2012 饰演牛姐 导演宋金笑 主演范逸臣
二次曝光2012 饰演郝医生 导演李玉 主演范冰冰
热爱岛 2012 饰演祖安娜 导演甘国亮 主演吴镇宇、任达华
白色蛙2012 饰演母亲 导演李孟熙 主演波波·斯图尔特、泰勒·珀西
初吻2011
辛亥革命2011 饰演隆裕 导演张黎、成龙 主演成龙
爱出色2010 饰演zoe 导演陈奕利 主演姚晨、刘烨
热爱岛2010 饰演祖安娜 导演甘国亮 主演吴镇宇
午夜2010
恋爱通告2010 饰演joan 导演王力宏 主演王力宏、刘亦菲、陈汉典
最后的舞者2009 饰演Niang 导演布鲁斯·贝尔斯福德 主演曹驰、阿曼达·舒尔
誓约2008 导演米歇尔·罗德里格斯 主演亚历山大·安布罗休
二十四城记2008 饰演小花 导演贾樟柯 主演吕丽萍、赵涛
沈卡的旅程2008
神的孩子都在跳舞2007 饰演Evelyn 导演Robert Logevall 主演Jason Lew
意2007 饰演Rose 导演Tony Ayres 主演戚玉武、Haven Tso
色·戒2007 饰演李太太 导演李安 主演梁朝伟、汤唯
十七2007 饰演母亲 导演姬诚 主演邹俊百、魏晨、姚安濂
太阳照常升起2007 饰演林大夫 导演姜文 主演黄秋生、姜文
好莱坞华人2006 导演曾奕田 主演杜亨·贝
向日葵2005 饰演母亲 导演张杨 主演孙海英
面子2004 导演Alice Wu 主演杨雅慧
茉莉花开2004 导演侯咏 主演章子怡、姜文
异次元战神2004 导演Jian Hong Kuo 主演Genevieve O'Reilly、王洛勇、Kay Siu Lim
Independent View2002
有事蹊跷2000
惊世发现1996
特警判官1995 饰演Ilsa 导演丹尼·加农 主演西尔维斯特·史泰龙、罗伯·施奈德
紧急猎杀令1995 导演J.F. Lawton 主演Hiro Kanagawa、Sumi Mutoh
狂野边缘1995 饰演维珍妮亚 导演唐纳德·卡梅尔
马可波罗第二季2015 饰演察必皇后Empress Chabi 导演约翰·福斯克
马可波罗第一季2014 饰演察必皇后Empress Chabi 导演约翰.福克斯 主演洛伦佐.里凯尔米Lorenzo Richelmy、本尼迪特.王/Benedict Wong
遇见王沥川2013 饰演Lisa Fong 导演陈铭章 主演高以翔
石龙岗之路2013 饰演patr 导演彼得·安德基迪斯 主演唐·海尼
海上孟府2012 饰演二姐 导演张挺 主演段奕宏
危机边缘第三季2011 主演安娜-托芙乔舒亚
隋唐英雄2011 饰演孤独皇后 导演李翰韬 主演刘晓庆
西游记2010 饰演观世音 导演程力栋 主演费振翔、陈司瀚、牟凤彬
人到中年2009 饰演田文洁 导演斗琪 主演冯远征
2012 《爱在非典的日子》 微电影 主演江一燕、王勇、张静初
2018 《英格力士》 电影 主演王志文、袁泉、霍思燕、王传君
2020 《世间有她》 电影
1998 第48届柏林国际电影节主竞赛单元-金熊奖 天浴 （提名）
1995 第14届香港电影金像奖最佳女主角奖 红玫瑰白玫瑰 （提名）
2007 第44届台湾电影金马奖最佳女主角奖 意 （获奖）
1998 第35届台湾电影金马奖最佳影片奖 天浴 （获奖）
1998 第35届台湾电影金马奖最佳改编剧本奖 天浴 （获奖）
1998 第35届台湾电影金马奖最佳导演奖 天浴 （获奖）
1994 第31届台湾电影金马奖最佳女主角奖 红玫瑰白玫瑰 （获奖）
1980 第3届大众电影百花奖最佳女演员奖 小花 （获奖）
2008 第2届亚洲电影大奖最佳女配角奖 太阳照常升起 （获奖）
2008 第2届亚洲电影大奖最佳女主角奖 意 （提名）
2007 第1届亚太电影大奖最佳女主角奖 意 （提名）
2010 第10届华语电影传媒大奖最佳女配角奖 二十四城记 （提名）
2008 第8届华语电影传媒大奖最佳女配角奖 太阳照常升起 （获奖）
2008 第8届华语电影传媒大奖百家传媒年度致敬电影人奖 （获奖）
2007 第7届华语电影传媒大奖最佳女配角奖 茉莉花开 （提名）
2020-01 2019年度电影频道M榜最具突破女演员奖 误杀 （获奖）
2008-07 第9届中国长春电影节最佳女主角奖 太阳照常升起 （提名）
2008-05 第1届铁象电影大赏最佳女配角奖 色戒 （获奖）
2007-00 澳大利亚IF奖最佳女主角奖 意 （获奖）
2007-00 第4届亚洲沃克电影奖最佳女主角 意 （获奖）
2007-00 澳大利亚电影学院最佳女主角 意 （获奖）
2007-00 第27届美国夏威夷国际电影节（HIFF）表演成就奖 （获奖）
1980-00 第9届南斯拉夫电影节最佳女演员奖 小花 （获奖）
2000-03 第14届独立精神奖最佳处女作品 天浴 （获奖）
2000-00 第1届亚美影视奖最佳外国影片 天浴 （获奖）
1999-11 巴黎国际电影节评委会特别奖 天浴 （获奖）
1999-02 第15届蒙斯国际爱情电影节最佳电影 天浴 （获奖）
1998-04 弗罗里达国际电影节评委会大奖 天浴 （获奖）
2005 美洲华人博物馆颁发的优秀华裔奖 （获奖）
陈冲，一位具有探索精神的著名演员、编剧、导演。(凤凰网评)
陈冲是个会演戏的女孩，连声音、肢体、一个手指头、一个眼睛、眉毛都会演戏。（关锦鹏评）
陈冲是全世界最美50人之一。（《人物》杂志评）
她的表演给我们无限可能性。这些我们都不能肯定，你多看几次陈冲的表演，就会有不同的理解。但是她就是是那个时代的代表，她使得整部电影最终成立。。（李安评）