2000年，陈星旭参演了个人首部电视剧《激情燃烧的岁月》。

2005年，参演军事战争剧《将门风云》。

2006年，主演近代红色儿童电视剧《闪闪的红星》。

2010年9月16日，参演的爱情电影《山楂树之恋》在国内上映。

2016年，主演根据金庸同名小说改编，郭靖宇监制，蒋家骏执导的古装武侠剧《射雕英雄传》，饰演聪敏机警却处处争强好胜的杨康 。

2019年，凭借古装言情剧《东宫》中的李承鄞一角获得更多关注；

4月，主演中国首部以高铁机车发展为时代背景的现代都市励志剧《最好的时代》 ；

10月，出演火箭军题材电视剧《号手就位》 。

2020年1月5日，主演的军事电影《灭狼行动》在爱奇艺上线；

6月，主演民国言情剧《一见倾心》 。