2006年11月10日出演自己第壹部電影《單車上路》，並擔任女主角。同年簽約經紀公司。2007年7月14日首次擔正出演偶像劇《我要變成硬柿子》。10月17日出演由趙寶剛執導的電視劇《奮鬥》，飾演“方靈珊”。因出色表現，“小靈仙”成為她之後的代名詞。2008年在由饒雪漫作品《離歌》改編、楊小雄執導，陳意涵、段博文等主演《離歌》中，陳意涵飾演“馬卓”，並擔任《離歌》的書模。2009年6月21日參演由蔡嶽勛執導的偶像劇《痞子英雄》，擔任女主角“陳琳”。8月28日與彭於晏、陳妍希壹同主演由鄭芬芬執導的勵誌電影《聽說》。
2010年10月出演由王艷、劉德凱、陳意涵、陳楚河等聯袂主演的古龍經典武俠大戲《新流星蝴蝶劍》，飾“孫蝶”。2011年和韓國人氣組合Super Junior成員崔始源、李東海主演的電視劇《華麗的挑戰》，飾演少女“宮囍”。7月5日由胡歌、陳意涵、陳柏霖、姜超、郭緯等***同出演偶像劇《摩登新人類》，飾演“夏紅果”。
2012年2月13日參演由華誼兄弟、紅豆制作出品的電影《LOVE》，飾演“宜珈”。12月29日陳意涵推出個人首本散文寫真書《北島相遇》。