1890年7月3日, 生於湖南長沙，字鶴壽，江西省南昌府義寧州（今江西省修水縣）人。

陳氏門堂三代世家，祖父陳寶箴在1851年中舉，曾官拜湖南巡撫。其父陳三立為詩文名家。

兒時啟蒙於家塾，學習四書五經、算學、地理等知識。1900年（光緒26年）其父陳三立舉家遷居江蘇金陵，在家中開辦思益學堂，領風氣之先採用現代化教育，深得當時兩江總督張之洞讚賞。

1902年春，陈寅恪隨長兄陳衡恪来日本，兩年後的夏天回南京度假，與五哥陳隆恪考取留日官費，15歲的陳寅恪入東京弘文學院就讀。

1905年，因足疾輟學回國。

1907年，插班考入大學預科學校的上海吳淞復旦公學。

1909年畢業後由親友資助留學，先後考入德國柏林洪堡大學、後在瑞士蘇黎世大學學習。

1912年春，從瑞士返回上海，回歐洲時到法國巴黎大學學習。

1913年秋，江西省教育司的符九銘召他回南昌閱卷。

1914年，因第一次世界大戰爆發，中斷學業。

1918年冬，獲得江西教育司官費資助，再度出國深造。

1919年1月到美國哈佛大學隨蘭曼教授（Charles Rockwell Lanman）學梵文和巴利文。

1921年轉往德國柏林洪堡大學研究院，隨路德施教授攻讀東方古文字學，同時向穆勒學習中亞古文字，向黑尼士學習蒙古語。通過留學期間的學習，具備了閱讀蒙古語、藏語、滿語、日語、梵語、英語、法語、德語、巴利語、波斯語、突厥語、西夏語、拉丁語、希臘語等十餘種語言的能力，尤精梵文和巴利文。

1925年3月自德國返回中國，時吳宓主持清華國學研究院，應清華學校之聘，與王國維、梁啟超、趙元任同為國學研究院導師。

1926年秋到校任教。1928年，清華學校改制為清華大學，應聘為中文、歷史二系教授，並在北京大學兼課。

1928年暑假，回上海探親，與清代台灣巡撫、臺灣民主國大總統唐景崧之孫女唐筼完婚。

1929年6月5日，中央研究院历史语言研究所正式迁入北平北海静心斋，时任清华大学历史系教授的陈寅恪，被委任为第一组主任。

1929年10月，在中研院历史语言研究所所长傅斯年的斡旋下，陈寅恪正式成为中国国民党党员。

1930年以後，执教于清华大学。當時名家如吳宓、朱自清、馮友蘭都來旁聽，鄭天挺稱他是「教授的教授」，歷史系教授姚從吾說：「陳寅恪先生為教授，則我們只能當一名小助教而已。」自視甚高的劉文典認為西南聯大文學院真正的教授只有「兩個半」，陳寅恪便是其中的一個，他自己只能算半個。他甚至公開說：「陳寅恪才是真正的教授，他該拿四百塊錢，我該拿四十塊錢……」

同時還兼任中央研究院理事、歷史語言研究所研究員及第一組(歷史)主任、國立北平故宮博物院理事、清代檔案編委會委員等職，得遍閱故宮滿漢文宗。

1935年他享受特殊貢獻者的薪資待遇，月薪480元，為清華教授中月薪最高者。他分配有一幢住宅，住清華西院36號。

中國抗日戰爭爆發後，其父陳三立憂憤死。寅恪悲慟過度，右眼失明。

1937年11月攜眷南逃，任教昆明西南聯合大學。

1937年10月自北平隨校南遷至長沙，11月從桂林到廣州、香港、海防，再到雲南。

1938年到達在蒙自的西南聯大，次年又隨西南聯大遷往昆明。

1939年，牛津大學聘請他為中國史教授。因其不適應高原氣候，又思念家人，便決定赴英講學。

1940年9月，他離昆明赴香港探親，準備轉英國。因戰事未能成行，返昆明。

1941年受香港大學中國文學系主任許地山所邀，任職客座教授。

1941年8月4日，許地山逝世，接任系主任。

1941年底香港淪陷，日軍十分禮遇之，寅恪拒不接受日人饋贈。当时与之交涉的驻港日军少佐松某人、小川环树、竹藤峰治、肥田木等人，均是日本各大学的中文系从军学生。香港日本政權欲以高薪聘請其任香港東亞學院院長，未果。

1942年6月19日，陈寅恪致傅斯年、朱家骅、叶企孙、王毅侯四人信中说：“……香港倭督（指矶谷廉介）及汉奸（指陈君葆）复欲以军票二十万（港币四十万）交弟办东亚文化协会及审定中小学教科书之事。”

1942年5月1日陈寅恪从日军占领下的香港大学正式辞职。攜妻女逃離香港，至桂林，中研院物理所長丁西林前去迎接，任教於廣西大學。

1943年12月再前往燕京大學。

1945年，左眼失明。是年9月下旬，離開昆明經緬甸、印度前去英國治眼疾，卻因耽擱太久，無法痊癒，僅一眼能見微光。

1946年春，乘船繞道北美回國到南京，10月重回清華。国民党六大召开前夕，列入朱家骅与陈立夫联名向蒋中正推荐的98名“最优秀教授党员”之一并出席大会。

1946年再任清華大學教授。

1948年，當選為中央研究院第一屆院士。

1948年底，解放軍逼進北平，陈寅恪并没有前往台灣的打算。傅斯年電話催請寅恪南下，寅恪舉家乘飛機至南京，次日赴上海。最後在嶺南大學，未能前去台灣。

1952年秋院系調整，嶺南大學併入中山大學，自此一直擔任中山大學教授。

1954年，中国史学会公布第一届理事会名单，郭沫若担任主席，吴玉章、范文澜担任副主席，他担任理事。

1954年，陳寅恪寫成《論〈再生緣〉》，由章士釗帶到香港出版，一時轟動海外。

國務院副總理陶鑄敬重陳寅恪的學識和人品，1957年曾關心陳寅恪的眼疾。

1960年7月被聘任為中央文史研究館副館長。

1962年，陳寅恪滑倒於浴盆內，右腿折斷，陶鑄派三名護士輪班照顧，助手為黃萱。

文化大革命時，陶鑄被江青打倒，陳寅恪同時遭到迫害，紅衛兵凍結寅恪夫婦工資，趕走黃萱和公派的護士。珍藏多年的大量書籍、詩文稿被洗劫. 造反者发明了对付盲人学者的独特批斗法，将喇叭设在他床前。

1969年10月7日在廣州因心力衰竭且驟發腸梗阻麻痺逝世。次月21日，唐篔亦逝。二人的骨灰现葬于江西庐山。