4岁时到江苏省南通市儿童业余体校接受训练，跟随教练高峰学习跳水。两年后，她被选拔到省少儿体校，成为短期代培生。
1999年夏天，备战江苏省少儿跳水比赛，赢得儿童丙组全能第四名，并在一年后成为省少儿体校的正式队员。
2003年，年仅11岁的她在全国少儿跳水赛上横扫三面金牌；一年后，她更在全国跳水锦标赛“越级”挑战，与李婷、劳丽诗等名将同场竞技，夺得10米跳台的第5名。
2004年底入选“梦之队”。
2006年初，国家队公布国际大奖赛参赛名单，14岁她首度榜上有名。 首个参与的国际大奖赛－澳大利亚站，联同蒋李双击败包括奥运冠军尚特勒·纽伯里在内的强手，勇夺双人10米跳台冠军；半个月后，她再和队友在德国站折桂。同年4月下旬，陈若琳又和贾童赢得大奖赛中国站双人10米跳台冠军，更在其后的加拿大、美国两站大奖赛，成功夺冠。
同年，陈若琳以替补身分顶替了袁培琳出战跳水世界杯，跟贾童合作一举赢得了女子双人10米跳台的冠军。然而，在其后的多哈亚运会和2007年世界游泳锦标赛中，陈若琳在单人项目皆不敌队友王鑫，屈居亚军。
2008年8月，陈若琳代表中国出战北京举行的奥林匹克运动会跳水比赛女子10米跳台及双人10米跳台赛事。
2011年7月21日，陈若琳夺得上海世界竞标赛十米台单人冠军。这也是她第三次站到了世锦赛10米跳台上，而这一次，命运终于向她露出了笑容，她击败了自己的队友，也由此成为中国队实现女台大满贯的第一人。
2012年7月，陈若琳代表中国出战英国伦敦举行的奥林匹克运动会跳水比赛女子10米跳台及双人10米跳台赛事。在率先进行的双人10米跳台赛事中，陈若琳与汪皓在五轮比赛后取得368.40分，以25.08分的优势压倒墨西哥组合轻松夺金。在其后进行的女子10米台决赛中，她又以422.30分成功夺冠，除了成为首位在奥运10米跳台跳水单人、双人项目均卫冕的运动员外，更成为中国代表团在奥运史上的第200枚金牌得主。 同时，凭借这两枚金牌，陈若琳也以四金追平名将伏明霞、郭晶晶和吴敏霞创下的纪录，成为中国跳水队获得奥运金牌最多的选手之一，更是其中获得跳台世界冠军最多的运动员。
2013年7月，陈若琳出战西班牙巴塞罗那举行的世界游泳锦标赛跳水比赛，在女子双人10米跳台比赛中与刘蕙瑕，以356.28分折桂，实现该项目的四连冠。
2013年，当选十二届全国人大代表。
北京时间2016年8月10日，在2016年里约奥运会跳水女子双人10米台决赛中，中国选手陈若琳、刘蕙瑕获得以354的分数夺得冠军。
2016年10月19日，陈若琳在微博发文因颈椎伤病宣布退役。
陈若琳在江苏南通出生，上有父母和一胞兄。父母在她3岁时离婚，此后母亲带着哥哥移居加拿大，而若琳则跟随外公唐诗和外婆陈桂英生活，并改跟外婆姓陈。后来，外婆将若琳过继给儿子（即若琳的舅父），陈桂英遂成了若琳的奶奶。
因接受集体训练，陈若琳自小就要过着远离家人的日子，鲜能与家人见面，只能偶尔靠电话通讯。为了不影响陈若琳准备北京奥运比赛，家人更将其父亲患上急性肾衰竭和肾周炎病危的病情，隐瞒了接近一年，让她可以专心作赛。
2000年，陈若琳在进入省队后，便同时在南京体院附校部读书；至2010年，她进入中国人民大学学习，选读自己感兴趣的公共管理系，并曾代表大学参加2011年世界大学生夏季运动会。
陈若琳的其中一个擅长动作是5253B（向后翻腾两周半转体一周半屈体），难度系数3.4，属于女子10米跳台中难度最高动作之一。她曾表示自己经常在这动作拿得满分。
自2005年起担任陈若琳教练的任少芬指出，在她刚接手的时候，陈若琳的身体条件不算突出.力量只属一般，而脚尖和膝盖的效果也不好；但优点就是对自己要求高，训练刻苦，而且乖巧听话、脑子灵活，不用教练指点就知道该怎么做，毫不费力便可完成改动作的要求。此外，陈若琳的比赛表现稳定，往往在逆境时也能沉得住气。
此外，在中国国家跳水队中，陈若琳是领队周继红最喜爱的弟子，队中只有她能得到领队亲自指导。周继红认为陈若琳很有伏明霞的影子，尤其赞赏她的心理素质，并认为她拥有很强的意志力，稳定是她的最大优势。
南京体育学院运动健康科学系老师吕远远指出，陈若琳的良好心理素质是天生的，即使现场有很多观众欢呼鼓掌，她也不会受到影响，只是在想动作，致使在落后时也不会紧张。而体院院长张雄则指出，陈若琳的成绩是刻苦训练的成果；即使受着年龄增大，体重和身高的变化等影响，她也能坚持节食减重，一天只吃一顿饭，曾试过多次为了控制体重而昏过去。
