陳冲1961年出生於於上海一個醫務工作者家庭。受家庭影響，養成愛讀書的習慣。她讀小學時，開始學習彈鋼琴、拉手風琴；讀中學時，參加學校劇團的活動，演出許多文藝節目，為日後的演出打下了堅實的基礎。上海外國語學院英語专业肄业[2][註 2]。
1976-1981年：崭露头角中国成名
1977年因在《青春》一片中嶄露頭角，開始涉足電影[3]。1979年參加《小花》拍攝，扮演趙小花，通過她認真、努力的摸索之後，將這個有著特殊命運的小花，飾演得極具有感情色彩，成為中國影壇崛起的一顆新星，观影人次超过3亿，並因此片獲1980年第3届百花獎最佳女演員獎，同年在南斯拉夫電影節上獲最佳女演員獎。她被《时代》杂志称为“中国的伊丽莎白·泰勒”。此外，陈冲还出演了1979年的电影《海外赤子》饰演女主角黄思华，歌曲《我爱你中国》和《高飞的海燕》由陈冲饰演的角色演唱，是当年中国最受欢迎的歌曲。1981年，陈冲主演了滕文骥导演的电影《苏醒》。[4][5]
1985-1999：好莱坞试水与国际突破
1981年赴美留學，開始了她艱辛的異國之旅。陳沖在赴美期間，繼續從事電影方面的學習，且隻身勇闖好萊塢，1985年，她在美国电视剧《迈阿密风云》中饰演马丁·卡斯蒂略的前妻，她的第一部好莱坞电影是在1986年的《大班》（Tai-Pan（英语：Tai-Pan (film)））中饰演女主角美美[6]；後來在《末代皇帝》一片中，成功地塑造了女主人公婉容悲惨的人生，该片在1988年获得了9项奥斯卡金像奖，包括最佳影片奖，最佳导演奖，陈冲在颁奖典礼上与尊龙一起颁发最佳记录短片奖，成为首位登上奥斯卡颁奖舞台的华人明星。随着《末代皇帝》大获成功，陈冲的身价也水涨船高，台湾电视台邀请她来台湾出演电视剧《随风而逝》，她是当时台湾片酬最高的女演员。1989年她与鲁格·豪尔一起主演了电影《英雄之血》。進入1990年代，她已在美國影壇嶄露頭角，她出演了大卫·林奇导演的电视连续剧《双峰》（英语：Twin Peaks），饰演乔西·帕卡德，后来因为希望出演电影《龟滩沥血》而退出电视剧《双峰》，多年后陈冲回忆此事认为是一个错误的决定。1993年，她主演了奥利弗·斯通导演的《天与地》，她在罗卓瑶导演的《诱僧》中饰演了两个不同的角色，这部电影入围第50届威尼斯国际电影节主竞赛单元，改编自李碧华的小说，她为了这个角色剃了光头。
1994年陈冲因主演奥利弗·斯通的《天与地》引发媒体热议，再次登上奥斯卡颁奖舞台，与方·基墨一起颁发最佳化妆造型奖，与这一年她还和史蒂文·西格尔共同主演了动作片《绝地战将》，与马特·狄龙共同主演了约翰·马登导演的《金门大桥》。她也曾回到上海主演关锦鹏导演的《紅玫瑰與白玫瑰》，凭借这部电影的精彩表现，陈冲获得金马奖和香港电影评论协会奖最佳女主角。9月，陈冲登上VOGUE Singapore创刊号封面，是亚洲第一位登上VOGUE封面的明星。
1995年她再次与尊龙合作主演电影《黑色追杀令》，在西尔维斯特·史泰龙的电影《特警判官》中饰演反派角色丽莎。
1996年她担任第46届柏林国际电影节主竞赛单元评委，她厌倦了在好莱坞电影中被塑造成异国情调的美女，陈冲于1998年开始執導改編自嚴歌苓的同名短篇小說的電影《天浴》，电影在柏林国际电影节首映后大获好评，随后她一舉拿下第35屆金馬獎的金馬獎最佳導演，更是金馬獎史上唯一一次大滿貫紀錄，榮獲最佳劇情片、最佳導演、最佳改編劇本、最佳男女主角等七項大獎，还获得了独立精神奖最佳电影首作提名、美国国家评论协会奖国际自由奖等奖项。她后来于2000年执导了理查·基尔和薇诺娜·瑞德主演的《纽约的秋天》，电影虽然口碑不佳，但仍然为制片公司创造了可观的盈利。
2004-2009：国际多元化发展
2004年她与章子怡一起出演了侯勇导演的《茉莉花开》，她还出演了亚裔经典酷儿喜剧电影《面子》。2005年她主演张杨导演的电影《向日葵》，该片入围第53节圣塞巴斯蒂安国际电影节主竞赛单元，她还主演了独立电影《美国亚裔》。
2007年，陈冲因在托尼·艾尔斯的剧情片《意》中的表演受到好评，她饰演一个迷人的夜总会歌手，带着两个孩子在1970年的澳大利亚艰难求生，她的表演为她赢得了许多奖项，包括金马奖最佳女主角奖、澳大利亚电影学院奖最佳女主角奖、澳大利亚IF电影奖最佳女主角奖、澳大利亚影评人协会奖最佳女主角奖、都灵国际电影节最佳女演员奖等。同年她还出演了另外两部广受好评的电影：李安导演的《色，戒》，姜文导演的《太阳照常升起》并因此获得亚洲电影大奖最佳女配角奖。
2008年她出演贾樟柯导演的《二十四城记》入围戛纳国际电影节主竞赛单元，拍摄中国青年导演姬诚的《十七》并获得上海国际电影节电影频道传媒单元最佳女主角奖，2009年她与布鲁斯·贝尔斯福德合作拍摄澳大利亚电影《最后的舞者》。
2010-2018：回归中国
陈冲将工作重心转移至中国大陆，2010年她在改编版《西游记》中饰演观音菩萨；随后她陆续出演了《恋爱通告》《爱出色》《热爱岛》《稍安勿躁》等电影。2014年，陈冲出任第71届威尼斯国际电影节主竞赛单元评审和第51届金马奖评审团主席，同年陈冲在Netflix电视剧《马可波罗》中饰演元朝的察必皇后，她还在2018年的中国电视剧《如懿传》中出演清朝的孝敬宪皇后乌拉那拉氏。
2019-至今：职业生涯复兴
2019年陈冲与肖央、谭卓合作主演的电影《误杀》上映，该片在中国大陆获得13.3亿票房，2020年客串出演Netflix电影《虎尾》和Jessica Chastain合作出演动作电影《AVA》；2023年她与冯小刚主演的翻拍版《忠犬八公》上映，获得2.86亿票房，陈冲的表演获得诸多好评，与赵又廷、毛晓彤合作出演的电视剧《问心》让陈冲提名白玉兰奖最佳女配角奖，年末她在布里特·马灵导演的美国电视剧《世界尽头的一场谋杀》中饰演中国的科技巨头卢梅，2024年，她在王湘圣执导的成长喜剧电影《弟弟》中饰演一位照顾叛逆少年充满爱心的母亲角色，凭借她的出色表演，获得了圣丹斯电影节评审团奖最佳群戏，美国退休人员协会最佳女配角，旧金山影评人协会最佳女配角，独立精神奖最佳配角表演提名等荣誉，并被Variety、The Hollywood Reporter等媒体预测提名奥斯卡最佳女配角，为了表彰陈冲出色的职业生涯，她先后获得了旧金山国际电影节、丹佛电影节、纽波特海滩电影节、美国评论家选择协会亚太裔影视奖的职业成就奖。5月她在亚特兰大与米歇尔·菲佛一同出演亚马逊全明星圣诞电影《Oh.What.Fun》，6月在温哥华出演Andrew Ahn导演的《喜宴》，翻拍自1993年李安导演的同名电影，陈冲饰演女主角Angela的妈妈，8月陈冲在魁北克拍摄法国加拿大合拍电影，和晓丹执导的《蒙特利尔，我的美人》，陈冲饰演一个52岁的中国移民，看似和睦的一家，其实夫妻俩都在经历中年危机，陈冲饰演的凤霞决定面对她从小就压抑的现实：她是一名女同性恋。
2025年3月，陈冲宣布将于莎莉·菲尔德共同主演奥利维亚·纽曼导演的Netflix电影《尤为明亮的生物》。