1993年陈楚翰结束在上海戏剧学院的学习，考入广州军区战士话剧团，从事戏剧表演以及影视配音等工作。

2000年，出演周杰、任泉、李冰冰主演的古装悬疑剧《少年包青天》，在剧中饰演展昭的三师兄、相国寺杀人案的凶手戒贤，这是他的首部电视剧作品，从而正式进入演艺圈 。

2001年，陈楚翰同赵文瑄，朱媛媛合作出演了沈好放执导的历史人物剧《孙中山》，在该剧中饰演马湘 。

2002年，陈楚翰同梅婷、冯远征、王学兵、董晓燕合作主出演了张建栋执导的伦理剧情剧《不要和陌生人说话》，在该剧中饰演强奸犯高兵 。

2004年，参演沈好放执导的家庭爱情剧《血玲珑》 ；同年，为动画片《大力水手》的男主角波派配音 。

2010年，陈楚翰和温峥嵘、徐僧合作主演了高进军执导的谍战剧《毒刺》，并在剧中饰演阴险耍狠的大反派奸恶至极的国民党内部的特务头子 。

2011年，陈楚翰和赵文卓搭档主演了古装武侠剧《七侠五义》，在该剧中饰演有勇有谋，侠义肝胆的彻地鼠韩彰 ；同年，陈楚翰和佟大为，黄圣依合作出演了沈好放执导的近代传奇剧《下南洋》，并在该剧中饰演一位为了亲情义无反顾地投身到抗战的容铁铸 ；9月，陈楚翰和段奕宏，袁文康合作出演了张黎和刘淼淼共同执导的战争类电视剧《圣天门口》，在该剧中饰演黑社会老大，后来经过磨练，成长为屡立战功的将士 。

2012年，陈楚翰和何晟铭、张逗逗、王鸥联袂主演了桑华执导的传奇战争寻亲剧《桐柏英雄》，在该剧中饰演一个猥琐胆小、贪婪爱财的市井气反动军人韩四 ；随后，与李立群搭档主演钱五一执导的近代传奇剧《汉口码头》，在该剧中饰演中有勇无谋的纨绔子弟蔡三爷 。

2013年3月，陈楚翰和于震、阿朵联袂主演了李京执导的谍战剧《专列一号》，在该剧中饰演胆大心细的土匪英雄亦正亦邪的盖振海 ；7月，和何政军、于小慧联袂主演了沈好放执导的现代感情类剧《大路上》，在该剧中饰演骨干熟练的焊工曹文利 。

2014年，陈楚翰和潘雨辰、丁勇岱合作出演了高进军执导的现代法治题材电视剧《守望正义》，在该剧中饰演正直的城市刑警 。

2016年5月，陈楚翰和王新军、温峥嵘、隋俊波、姚刚、王琦联袂主演了陈林海、刘峰共同执导的年代谍战电视剧《半步之遥》，在该剧中饰演为了革命而奋不顾身的共产党高官 。

2018年9月，陈楚翰和陈伟霆、马思纯、巫刚、王同辉共同出演热血传奇剧《橙红年代》，在剧中饰演女主角胡蓉的亲生父亲黄振武 。

2020年，在王凯、王鸥、胡军、刘奕君领衔主演的跨国追逃经侦题材剧集《猎狐》中饰演王柏林的同伙唐洪。

2021年4月25日，参演电视剧《风暴舞》播出。