2015年2月4日，陈伟霆与唐嫣、李易峰主演的民国偶像剧《活色生香》播出，陈伟霆在剧中饰演有着医者身份的神秘安逸尘探长，这是他首次出演民国类型戏。该剧开播全国网收视率达3.43，打破近十年电视剧开播的首播纪录，首日网络播放量10731万次，两集破亿，刷新内地电视剧网络播出首日的网络播放量记录。3月17日，古装武侠剧《少年四大名捕》登陆湖南卫视，陈伟霆饰演追命，这是其在内地拍摄的第一部古装打戏。

2015年5月11日，陈伟霆登上2015年福布斯中国名人榜，排名第70位。6月5日，主演的动作电影《搏击迷城》上映，其在影片中一人分饰三角。6月16日，发行EP《等等》，共收录4首歌曲，其预购销量破白金数字。9月22日，陈伟霆主演的古装仙侠剧《蜀山战纪之剑侠传奇》在爱奇艺首播，他在剧中饰演天赋异禀的男主角丁隐（丁大力/血魔），该剧先网后台的播出方式打破了台网联动和视频网站的跟播模式，在爱奇艺平台播出后，在安徽卫视播出时，成为该卫视全年电视剧收视冠军。10月26日，陈伟霆亲自参与词曲创作的歌曲《1121》全球首发。

2月24日，都市爱情剧《因为爱情有幸福》播出，一直以暖男属性深入人心的陈伟霆，在剧中饰演新时代好男人苏凯文，积极向上的形象与角色契合得恰到好处，被一众网友封为“国民老公”，陈伟霆还为该剧配唱片尾曲《好想抱着你》。4月6日，都市爱情剧《缘来幸福》在腾讯VIP首播，陈伟霆饰演何瀚，该剧于6月23日在深圳卫视上星播出。

2016年7月4日，陈伟霆主演的民国悬疑剧《老九门》在东方卫视播出，陈伟霆饰演“佛爷”张启山，并为该剧配唱主题曲《我门》，该剧在播出后引发了网络热议，稳居同时段收视榜首，其微博衍生话题累计阅读量超150亿次，网络播放量突破百亿，成为全网首部破百亿的自制剧，而陈伟霆亦成为各大热搜榜的话题人物。同年8月5日，单曲《W企划》全网上线，该曲发布首日位居各大音乐排行榜榜单前列，上线仅12小时破千万次点击率。6日，陈伟霆主演的爱情喜剧电影《那件疯狂的小事叫爱情》于上海某影城点映，单场票房近31万，刷新全国单场最高票房纪录，其在剧中饰演剪辑师江洋，该影片于8月12日全国公映。8月，举行陈伟霆“Inside Me”巡回演唱会，这是他的首次个人巡演。9月30日，全真人CG魔幻题材电影《爵迹》上映，他在剧中饰演残酷又冷血的幽冥。

2017年1月27日，陈伟霆首次登上央视春晚舞台，搭档鹿晗演唱歌曲《爱你一万年》。4月24日，陈伟霆以张启山的形象入驻上海杜莎夫人蜡像馆，成为年度首位以影视角色入驻上海杜莎夫人蜡像馆的艺人。7月13日，其主演的古装奇幻权谋剧《醉玲珑》播出，他在剧中饰演心思深沉、隐忍自负的西魏皇子元凌，并为该剧配唱主题曲《因你》。

2018年2月15日，陈伟霆再次登上了中央电视台春节联欢晚会的舞台，在晚会上陈伟霆则与黄渤、张艺兴表演歌曲《最好的舞台》。春晚结束后，陈伟霆在微博发文感慨春晚的舞台永远是最好的舞台，还说自己16岁时根本不敢想象能在春晚舞台上表演倒立。3月17日，他作为热血召集人参加爱奇艺综艺节目《热血街舞团》。在被问到被邀请，有没有犹豫来不来时，陈伟霆表示，就应该找他，他非常热爱跳舞，很想通过这个节目，去给更多的朋友看到，中国有很多舞者是很厉害的。在被问到跳舞教会他什么时，他回答说，“机会，我不会跳舞就不会唱歌，不会唱歌就不会参加比赛，不参加比赛就没有公司签我，就不会来拍《古剑奇谭》，那大家就不会认识我。陈伟霆和马思纯主演的《橙红年代》定档与9月7日，《橙红年代》播出收视率最高达到0.818，全网播放量累计突破30.7亿。为了更加贴近角色，陈伟霆特意蓄起胡须，在剧中邋遢的造型也和以往英俊挺拔的形象截然不同。

2019年2月4日，陈伟霆三登中央电视台春节联欢晚会的舞台，在晚会上他与成龙、邓伦共同演唱歌曲《我奋斗 我幸福》。同年，他在福布斯中国名人榜上位列第23。10月30日，与陈坤、周迅合作主演的奇幻电影《侍神令》定档于2021年2月21日，于春节档上映播出。

2021年2月11日，陈伟霆四登《2021年中央广播电视总台春节联欢晚会》，与佟丽娅、江疏影等嘉宾表演开场歌舞《万事如意》。10月11日，陈伟霆与袁娅维、庞清、佟健联袂演绎的北京2022年冬奥会和冬残奥会主题口号推广歌曲《一起向未来》MV正式发布。同年，其主演的古装电视剧《斛珠夫人》播出，该剧开播仅27天播放量便突破30亿，相关话题也占据各大平台热搜，微博衍生话题阅读量累计突破百亿。

2022年1月31日，陈伟霆再次登上《2022年中央广播电视总台春节联欢晚会》，参加了开场表演《欢乐吉祥年》。为庆祝香港回归祖国25周年，陈伟霆参与演唱主题歌曲《我们会更好》MV上线。

2023年4月7日，陈伟霆入选《一起露营吧第二季》常驻嘉宾。4月14日，其领衔主演的电影《暴风》上映，陈伟霆为了贴合角色，剃了寸头、晒黑肤色，硬汉造型令人眼前一亮。面对大量动作戏，为呈现真实感，陈伟霆挑战了不少高难度的惊险拍摄。6月2日，其领衔主演的当代都市剧《照亮你》在江苏卫视首播，并在腾讯视频同步播出，截至至6月10日收视率占据省级卫视黄金档第一。7月12日，参加的益智类实景解密互动综艺《密室大逃脱第五季》播出，在此之前陈伟霆也曾多次参加《密室大逃脱》的录制。12月8日，主演的电影《爆裂点》播出。2023年12月10日，该片票房突破5000万，累计观影人数114万。

2024年2月9日，陈伟霆又一次参加《2024年中央广播电视总台春节联欢晚会》，与朱一龙、王凯演唱歌曲《嘿 少年》，这是他第七次登上央视春晚的舞台。6月24日，参加2024腾讯视频上海电视节鹅剧派对；同日，领衔主演的《太阳星辰》全阵容官宣。

陈伟霆的家境是非常的好，他进入娱乐圈其实也不是为了赚钱，陈伟霆的父亲在去世的时候给他留下了一套豪宅，自己的哥哥开着船务公司，姐姐更是在迪拜有着五家公司，而作为家里最小的就算是不工作也是可以生活的很好的，能够到现在都是因为自己很热爱这份工作。

2010年10月10日，蔡卓妍通过英皇公司向传媒承认与陈伟霆已交往三个月，随后双方在微博发文公开恋情。

2015年9月20日，陈伟霆发文《致你们》，表明已经与阿Sa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”。

陈伟霆不像很多年轻偶像一样紧缩或紧绷，他的亲切和诚意，屡屡突破了“国语不好”这道关，这一方面代表了专业艺人的质素，一方面，也代表了年轻偶像另一种向上风貌（新浪网 评）。

他不张扬，不跋扈，努力做好自己该做的事之余，也热心公益，甚至他的粉丝也追随偶像献爱心做公益，可见优质偶像的正面影响力之大。近几年他的工作量激增，仍每天坚持健身，以获取足够的体能，从而保持良好的银屏形象。对于拍戏中遇到的越来越多的动作镜头，他认为演员亲身上阵是对观众的一种尊重，也是他的一份执着。他也并没有放弃自己的音乐梦想作为偶像派歌手和演员，他有颜值，肯吃苦，对人谦和有礼貌，正能量十足；同时他也在不断努力磨练自己的演技，努力向一名实力派歌手和演员迈进。（网易 评）。

陈伟霆在大众眼中已不仅是一位实力派演员，作为歌手的成绩也着实亮眼。唱跳俱佳的陈伟霆，在2016年成功举办三场万人演唱会，发行的单曲多次横扫音源榜单，屡获销量大奖和音乐大奖。能够连续三年受邀央视春晚，是对陈伟霆的超实力与影响力的最大认可。为了能够将最完美的作品展现在全国人民面前，他常常半夜两三点都为节目的编排冥思苦想，不管剧组拍戏多辛劳，戏份拍摄结束立刻就投入到编曲的创作中。他用勤勉与敬业的态度，向我们展示了一个源清流洁的正能量实力偶像（凤凰网 评）。