2006年，参演首部电视剧《新昨夜星辰》。

2007年，获周杰伦钦点出演《青花瓷》MV的男主角。

2008年，参演周杰伦电影《大灌篮》饰演校草萧岚，陈楚河除了到北京电影学院学习半年的表演，还到专业篮球队学习球技；3月，参演陈乔恩、阮经天主演的台湾偶像剧《命中注定我爱你》，出演男二号Dylan，以单集平均收视率11.65、最高分段收视率15.83，创造台湾偶像剧的收视纪录。

2009年，陈楚河参演电影《刺陵》饰演“大漠飞鹰”卜鹰，与周杰伦饰演的角色是一对好友，因争大漠最强的名号及女人而反目成死敌。

2010年7月，参演《星光下的童话》担任第一男主角；7月，参演电视剧《流星蝴蝶剑》饰演杀手孟星魂。

2011年1月，在《夏家三千金》中饰演钟皓天，夺得“2011春季电视剧互联网盛典”“最佳网络收视贡献TOP5”，获得优酷影视指数盛典颁发的“开年人气偶像奖”。

2012年，参演电视剧《天涯明月刀》，饰演男二号“叶开”一角；10月，凭借《命中注定我爱你》、《夏家三千金》、《天涯明月刀》等电视剧获得乐视盛典港台最受欢迎男演员奖。

2013年，参演电视剧《我要当空姐》饰演机长“张少谭”；7月，参演都市情感浪漫轻喜剧《艾乐乐的罗曼蒂克》饰演唐一凡；12月，与张嘉倪主演电视剧《头牌》，首演梨园戏子，担任第一男主角饰演金九龄。

2014年，与钟欣桐合作主演民国剧《迫在眉睫》。

2015年1月，出演现代都市爱情喜剧《当我们爱在一起》。10月，主演电视剧《爱上哥们》，饰演男一号乐园总经理，以及黑道少主“杜子枫”。

2016年3月，加盟江苏卫视竞技真人秀《非凡搭档》，此节目将于四月八日晚间播出。

2018年，在由迪丽热巴和高伟光等主演的古装玄幻言情剧《三生三世枕上书》中饰演退隐三界不问红尘的折颜上神