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蓝色大门》饰张士豪1999年,陈柏霖被李方儒与吴翊凤发掘,并参演了台湾公视电视剧《强盗与天使》。2001年,在台北西门町逛街的陈柏霖被星探发掘,被选中出演电影《蓝色大门》。2002年9月27日,陈柏霖与桂纶镁合作主演的爱情片《蓝色大门》上映,他在片中饰演阳光开朗,有点小自恋的男主角张士豪,该片在戛纳电影节“导演双周”单元展映；同年,领衔主演台湾偶像剧《极速青春》。2003年4月,与渡部笃郎,徐静蕾合作主演了中日合拍爱情电影《最后的爱,最初的爱》,片中饰演真诚,充满青春朝气的大男孩阿德。2004年2月,客串出演由张艾嘉自编自导自演的爱情喜剧片《203040》；7月16日,与刘亦菲搭档主演的青春爱情片《五月之恋》上映,片中饰演家政系大学生阿磊；8月12日,在上映的动作魔幻电影《千机变Ⅱ花都大战》中饰演了四处游荡,爱钱亦爱权的小流氓柴头。《观音山》饰丁波2005年,陈柏霖搭档梁洛施主演的奇幻喜剧片《
虫不知》上映,他在片中饰演极内向,拥有特异功能的男孩高原；3月24日,由彭顺,彭发联合执导的惊悚片《见鬼10》上映,而陈柏霖则在片中饰演了胆大乐观的男孩得仔；12月22日,其主演的奇幻爱情片《情癫大圣》上映,他饰演的孙悟空性急冲动,表面上却冷冰冰的。2006年1月26日,与谢霆锋合作主演的喜剧片《
春田花花同学会》上映,片中饰演形象邋遢的懵懂少年；4月7日,与伊东美咲合作主演的爱情片《恋爱地图》上映,在“东京篇”中饰演一位梦想成为漫画家的台北少年姚；同年,他还与田中丽奈合作出演了奇幻爱情片《幻游传》；9月16日,主演的爱情片《蜜糖与调味：风味绝佳》在日本上映,片中饰演十分绅士又神秘的迈克；9月29日,在上映的科幻惊悚片《诡丝》中饰演了反重力小组成员胡守仁。《
万万没想到》饰唐僧2007年1月8日,其主演的电视剧《
东京塔》在日本富士电视台首播,陈柏霖在剧中饰演一个来到日本留学,在夜店工作的青年Leo,而这也是陈柏霖首次出演日剧；此后陈柏霖涉足日本影坛,并首次以全日语对白出演爱情电影《在黑暗中等待相遇》,他在片中饰演了性格孤癖的中日混血儿大石；6月22日,担任第9届台北电影节大使。2008年2月8日,由朱延平执导的喜剧片《
大灌篮》上映,陈柏霖在片中饰演颓废消沉,脾气暴躁的队长丁伟；3月14日,其主演的青春励志电影《pk.com.cn》上映,该片根据小说《谁说青春不能错》改编,陈柏霖在片中饰演了热情奔放的季银川。2009年2月14日,陈柏霖主演的爱情喜剧片《
爱得起》上映,他在片中饰演个性拘谨,很重礼貌的航空公司职员于日东；3月9日,其出演的爱情电影《爱到底》在中国台湾上映；8月28日,在上映的喜剧片《
气喘吁吁》中出演了有自闭症却又反叛不羁的海归青年李心红；11月3日,与王珞丹合作主演的爱情片《恋爱前规则》上映,片中饰演想象力丰富但外表木讷的宅男陆飞。2010年6月10日,其领衔主演的街舞题材电影《
精舞门2》上映,陈柏霖在片中饰演的舞团队长乐天热爱跳舞,性格阳光开朗。《重返20岁》饰谭子明2011年3月3日,陈柏霖与李玉导演合作的剧情片《观音山》上映,他在片中塑造了内心迷茫,漂泊都市的叛逆青年丁波,并凭该角色入围第13届法国多维尔亚洲电影节最佳男主角；7月5日,主演的励志剧《摩登新人类》首播,陈柏霖在剧中饰演了个性浪荡不羁却又魅力十足的情场浪子凌桀,这是他进军内地荧屏首部电视剧作品；9月18日,与林依晨领衔主演的都市爱情剧《
我可能不会爱你》首播,陈柏霖在剧中饰演的李大仁是个绅士谦逊,深情款款的暖男,他还凭借该角色获得第47届台湾电视金钟奖最佳男主角奖。之后该剧登陆内地播出,创下收视第一的成绩；10月14日,在上映的爱情片《
恋爱恐慌症》中饰演了专注于学术研究的医生陆哲瀚。《我可能不会爱你》饰李大仁2012年4月1日,由霍建起执导的爱情片《
台北飘雪》上映,陈柏霖在片中饰演了阳光又乐于助人的小镇青年小莫,并凭该角色获得第13届华语电影传媒大奖观众票选最受瞩目男演员奖；8月17日,科幻爱情片《
骇战》在中国台湾上映,而陈柏霖则片中饰演了亦正亦邪的骇客高手King。2013年1月18日,陈柏霖与郭雪芙,邱彦翔合作主演的动作喜剧电影《
变身超人》在中国台湾上映,他在片中饰演正义感十足的超人铁男；同年,他还主演了青春微电影《这一刻,爱吧》系列。2014年4月15日,与陈意涵合作主演的爱情喜剧片《追爱大布局》在中国内地上映,陈柏霖在片中饰演一个不修边幅,不善言辞的学霸理工科宅男吴全顺；7月24日,与韩寒导演合作的剧情片《
后会无期》上映,他在片中以沧桑颓废的造型出现,塑造了一位性格封闭,看似沉默却有自己的原则,内心善良纯净的地理老师“江河”,该片在中国内地收获6.32亿元的票房成绩。《后会无期》饰江河老师2015年1月8日,陈柏霖投资并主演的奇幻喜剧片《重返20岁》上映,他在片中饰演穿着考究,举止优雅的音乐总监谭子明,该片内地票房达3.5亿元；6月26日,正式签约韩国BM+娱乐公司,从而进军韩国；11月5日,在上映的文艺片《再见,在也不见》中分别饰演了静默的外派经理陈文祥,初为人父的青年陈德明和年轻帅气的教授陈志彬；11月27日,与孙艺珍合作主演的悬疑动作电影《
坏蛋必须死》上映,他在片中饰演的强子是个富有正义感的老师；12月4日,主演的都市爱情片《杜拉拉升职记2》上映,片中饰演职场精英,霸道总裁陈丰；12月18日,由叫兽易小星执导的奇幻喜剧片《万万没想到》上映,陈柏霖在片中饰演了博学多识,深谋远虑的唐僧。《杜拉拉追婚记》饰陈丰2016年3月20日,陈柏霖搭档宋智孝参加的明星恋爱真人秀节目《我们相爱吧第二季》首播；3月28日,其客串出演的爱情剧《
怪物》在韩国MBC电视台播出,剧中饰演富豪MichaelZhang；12月15日,与河智苑合作主演的爱情喜剧片《
致命恋爱》在韩国上映,片中饰演神秘暖男杰森。2017年4月23日,陈柏霖作为固定成员参加的自助远行真人秀节目《花儿与少年第三季》播出；12月8日,其主演的喜剧爱情片《假如王子睡着了》上映,陈柏霖在片中饰演的厨师郑天筹性格隐忍内敛,但对家庭和感情有着极强的责任感；11月22日,获得第14届年度先生盛典年度杰出港台艺人奖。《
火王之破晓之战》饰仲天2018年11月26日,与景甜领衔主演的古装剧《火王之破晓之战》首播,该系列分为古装和现代两部,陈柏霖在剧中饰演了肩负重大使命,拥有绝密身份的火王仲天；12月18日,在播出的都市剧《火王之千里同风》中饰演了年轻有为,霸气外露的总裁兼科学家林烨。2019年11月18日,陈柏霖领衔主演的都市爱情剧《
鳄鱼与牙签鸟》播出,他在剧中饰演高冷学霸周尔文。2021年11月12日,其主演的惊悚喜剧电影《
诡扯》在中国台湾上映。12月10日,与郭采洁合作主演的爱情电影《
曾经相爱的我们》上映,片中饰演营销经理Alan。2022年6月15日,与郭雪芙合作主演的律政轻喜剧《
正义的算法》在B站上线,剧中饰演明星律师刘浪；12月,主演的喜剧片《鬼才之道》开机。图册陈柏霖·活动照陈柏霖·写真陈柏霖陈柏霖·街拍时刻
