光绪二十八年（１９０２），陈寅恪随兄衡恪东渡日本，入日本巢鸭弘文学院。１９０５年因足疾辍学回国，后就读上海吴淞复旦公学。１９１０年考取官费留学，先后到德国柏林大学，瑞士苏黎世大学、法国巴黎高等政治学校就读。第一次世界大战爆发，１９１４年回国。１９１８年冬又得到江西官费的资助，再渡出国游学，先在美国哈佛大学随篮曼教授学梵文和巴利文。１９２１年，又转往德国柏林大学、随路德施教授攻读东方古文字学，同时向缪勤学习中亚古文字，向黑尼士学习蒙古语，在留学期间，他勤奋学习、积蓄各方面的知识而且具备了阅读、梵、英、法、德和巴利、波斯、突厥、西夏、等八种语文的能力，尤以梵文和巴利文特精。文字是研究史学的工具，他国学基础深厚，国史精熟，又大量吸取西方文化，故其见解，多为国内外学人所推重。

１９２５年，陈寅恪回国。这时，清华学校改制为大学，设立国学研究院，其"基本观念，是想用现代的科学方法整理国故"。聘任当时最有名望的学者王国维、梁启超、赵元任等人为导师。当时的研究院主任吴宓很器重他，认为他是"全中国最博学之人"。梁启超也很尊重他，虚心地向人介绍："陈先生的学问胜过我。"他们都曾极力向校方举荐他。1926年6月，他只有36岁，就与梁启超、王国维一同应聘为研究院的导师，并称"清华三巨头"。他当时在国学院指导研究生，并在北京大学兼课，同时对佛教典籍和边疆史进行研究、著述。在清华大学开设语文和历史、佛教研究等课程。他讲课时、或引用多种语言，佐任历史；或引诗举史，从《连宫洞》到《琵琶行》、《长恨歌》，皆信口道出，而文字出处，又无不准确，伴随而来的阐发更是精当，令人叹服！盛名之下，他朴素厚实，谦和而有自信，真诚而不伪饰，人称学者本色。１９３０年，清华国学院停办，陈寅恪任清华大学历史、中文、哲学三系教授兼中央研究院理事、历史语言研究所第一组组长，故宫博物院理事等职。

陈寅恪继承了清代乾嘉学者治史中重证据、重事实的科学精神，又吸取西方的"历史演进法"（即从事物的演化和联系考察历史，探究史料），运用这种中西结合的考证比较方法，对一些资料穷本溯源，核订确切。并在这个基础上，注意对史实的综合分析，从许多事物的联系中考证出关键所在，用以解决一系列问题，求得历史面目的真相。他这种精密考证方法，其成就超过乾隆嘉庆时期的学者，发展了我国的历史考据学。

陈寅恪对佛经翻译、校勘、解释，以及对音韵学、蒙古源流、李唐氏族渊源、府兵制源流、中印文化交流等课题的研究，均有重要发现。在《中央研究院历史研究所集刊》、《清华学报》等刊物上发表了四、五十篇很有分量的论文，是国内外学术界公认的博学而有见识的史学家。

１９３７年７月，抗日战争爆发，日军直逼平津。陈寅恪的父亲三立义愤绝食，溘然长逝。治丧完毕，寅恪随校南迁，过着颠沛流离的旅途生活。１９３８年秋，西南联大迁至昆明，他随校到达昆明。

１９４２年春，有人奉日方之命，专程请他到已被日军侵占的上海授课。他又一次拒命，随即出走香港，取道广州湾至桂林，先后任广西大学，中山大学教授，不久移居燕京大学任教。当时，面对民族危亡，国民党政府腐败无能，消极抗日积极反共，寅恪感到痛心，而桂林某些御用文人，竟发起向蒋介石献九鼎的无聊活动，劝他参加，他作《癸未春日感赋》："九鼎铭辞争讼德，百年粗粝总伤贫"。以示讽刺。这一时期，在繁忙的教学中，他仍致力于学术研究，先后出版了《隋唐制度渊源论稿》、《唐代政治史论稿》两部著作，对隋唐史提出了许多新的见解，为后人研究隋唐史开辟了新的途径。

抗战胜利后，陈寅恪再次应聘去牛津大学任教，并顺便到伦敦治疗眼睛，经英医诊治开刀，不仅无效，目疾反而加剧，最后下了双目失明已成定局的诊断书。寅恪怀着失望的心情，辞去聘约，于是１９４９年返回祖国，任教于清华园，继续从事学术研究。解放前夕，他到广州，拒绝了国民党中央研究院历史语言研究所所长傅斯年要他去台湾、香港的邀聘，任教于广州岭南大学。院系调整，岭南大学合并于中山大学。遂移教于中山大学。