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　　2003年因参加全球华人新秀香港区选拔赛而进入演艺圈。2006年成为Sun Boy’z组合一员。2008年独立发展，同年推出首张个人专辑《Will Power》，并获香港十大劲歌金曲颁奖礼“最受欢迎男新人金奖”、香港十大中文金曲“最有前途新人金奖”。2013年出演灾难电影《救火英雄》，并凭借其饰演的张文健一角获澳门国际电影节最佳男配角奖项。2014年其主演的古装玄幻爱情剧《古剑奇谭》在湖南卫视开播，在剧中他饰演大师兄陵越一角 。2014年参演励志喜剧电影《男人不可以穷》，于2014年11月25日凭借其饰演的男二号薛可勇一角获得欧洲万像国际华语电影节最佳青年男演员奖。该片也随后于2014年12月24日在内地上映。2014年12月17日，陈伟霆在2014国剧盛典上获得“2014年度最受欢迎全能艺人”以及“2014年度电视剧媒体最期待演员”两项奖项。2016年主演的电视剧《蜀山战纪之剑侠传奇》播出。2017年，陈伟霆首次登上春晚演唱歌曲《爱你一万年》;同年，他还主演古装奇幻权谋剧《醉玲珑》;12月22日，其主演的魔幻电影《战神纪》上映，他饰演正直纯良、武艺高强的青年铁木真。12月加盟舞蹈节目《热血街舞团》。

　　2010年10月10日，阿Sa(蔡卓妍)通过英皇公司向传媒承认，跟年轻3岁的英皇师弟陈伟霆恋爱。而当天晚上，蔡卓妍和陈伟霆分别在自己的微博上默认恋情。

　　2015年9月20日凌晨，陈伟霆发文《致你们》，阿Sa蔡卓妍发文《致每个关心我们的朋友》表明已经分手，并希望“大家可以停止伤害，停止对我们作品以外的关心，停止永无止境的猜测和抺黑”。