光绪六年十月初十（1880年11月12日），陈垣出生在广东省广州府新会县石头乡富冈里一个药商家庭 。少年时，他受“学而优则仕”的儒家思想影响。陈垣自幼嗜好读书，《书目问答》《四库全书总书目》两部目录学著作引领他走上学问之路。陈垣17岁时曾赴京参加科举考试却落选，21岁时获新会县试第一。 后以经世致用为宗旨治学。
光绪三十一年（1905年），在孙中山领导的民主革命影响下，陈垣和几位青年志士在广州创办了《时事画报》，宣传反帝爱国思想。
光绪三十二年（1906年），陈垣因进行反清斗争，被清政府抓捕，为躲避追捕，陈垣回到新会老家担任篁村小学教师。他到职后，承包了学校大部分课程，他不仅教学生国文、算学等基础课程，而且还教学生体操和唱歌。
光绪三十三年（1907年），陈垣先后在振德中学和义育学堂教国文和历史课程。
宣统三年（1911年）辛亥革命爆发，陈垣和康仲荦创办《震旦日报》及其副刊《鸡鸣录》，以迎接革命，在办报和学习医学过程中，陈垣以笔作枪，写了大量时文。
民国元年（1912年），陈垣被选为中华民国众议院议员。由于议员是专职性质，他来到北京定居。到北京后，陈垣突然发现了太多有利的读书条件，不少年轻时根本不敢想象的书籍能随时看到，让他一下眼界大开，特别是民国四年（1915年）接触到从承德入京收藏的文津阁《四库全书》后。作为年轻的参议员，陈垣精明能干、文才极好，得到了当时交通系首领梁士诒的赏识，先后在梁士诒主持的税务处、内国公债局、毛革改良会等机构任职。 因政局混乱，潜心于治学和任教。他曾在一段时期内信仰宗教，故从民国六年（1917年）开始，陈垣发奋著述中国基督教史，于是有《元也里可温考》之作。陈垣认为，中国基督教初为唐代的景教，以次为元代的也里可温教、明代的天主教、清以后的耶稣教。所谓“也里可温”，是元代基督教的总称。元亡，也里可温就绝迹于中国。但作为宗教史来说，它又是世界宗教史的一个组成部分。陈垣这一著作不但引起中国文学界的注意，也受到国际学者和宗教史研究专家的重视。
从民国六年（1917年）到民国三十四年（1945年）的近三十年，陈垣在宗教史、元史以及历史年代学、避讳学、校勘学等领域，作了许多开创性的或总结性的工作。这些与故宫博物院丰富的档案文献收藏息息相关，其中对《四库全书》、明清档案的利用，构成了他这一时期著作的特色之一。
民国十二年（1923年）起，陈垣开始在燕京大学任教，初为讲师。
民国十三年（1924年），冯玉祥驱逐溥仪出宫。11月20日，清室善后委员会成立，李煜瀛为委员长，在李煜瀛的推荐下，陈垣任常务委员，主持常务工作。
民国十四年（1925年）10月10日，故宫博物院成立，陈垣任理事会理事兼图书馆馆长，图书馆分图书、文献两部，沈兼士、袁同礼副之，正式履行新式博物馆所赋予的典藏、保管、陈列、研究和出版等职责。
民国十五年（1926年）3月至民国十七年（1928年）6月期间，故宫博物院在北洋军阀皖、直、奉等支持的临时执政府肘腋下，先后历经四次改组，包括维持员、保管委员会、维持会及管理委员会等四个时期，陈垣在这一过程中勉力维持，发挥了极其重要的作用。 9月，陈垣受聘为公教大学副校长；之后，陈垣一直在北京辅仁大学教授学生国文、历史等课程，既使在担任北京辅仁大学校长之后。
民国二十六年（1937年），卢沟桥事变爆发后，北平被日军侵占。陈垣身处危境，坚决与敌斗争。
民国二十七年（1938年）5月，日本侵略军攻占华北重镇徐州之后，日伪政府强迫北平全市悬挂日伪国旗，并强令群众上街游行，以示庆祝。辅仁大学及其附属中学坚决拒绝执行挂旗、游行等无理要求。结果日伪震怒，强令辅仁大学及附属中学停课3天，并多次派人找校长陈垣“质问”。陈垣回答道：“我们国土丧失，只有悲痛，要庆祝，办不到！” 坚决不挂旗，不游行，与日伪不屈抗争。
陈垣在元史、历史文献学、宗教史等领域皆有精深研究，留下了十几种专著、百余篇论文的丰富遗产。陈垣主要的著述有《元西域人华化考》《校勘学释例》《史讳举例》及《通鉴胡注表微》等，另有《陈垣学术论文集》行世。陈垣与陈寅恪并称为“史学二陈”，二陈又与吕思勉、钱穆并称为“史学四大家”。 他的许多著作成为史学领域的经典，有些被翻译为英、日文，在美国、德国、日本出版。
民国十五年（1926年）至1952年，任辅仁大学校长。1949年以前，他还担任过京师图书馆馆长、故宫博物院图书馆馆长。1949年后，任中国科学院历史研究所第二所所长。1952年至1971年，任北京师范大学校长。
在上个世纪六十年代那场大动乱，陈垣被软禁。1971年6月21日，陈垣饮恨以殁，享年92岁。
关于陈垣其人，笔者不想多做评价，在这里只想给读者推荐以下文字：
1949年，胡适和陈寅恪同机离开北平。
由于二陈一胡（陈垣、陈寅恪、胡适）为当时中国史学界的重要人物，他们都在南京政府抢运计划的名单上。
这3个史学大师，从这一年开始分手，各自走了3条不同的道路。
胡适先飞美后赴台，陈寅恪客居广州，辞不赴京。
只有陈垣能顺应潮流，继续做辅仁大学的校长，一直做到院系调整以后的北师大。
1948年12月13日，胡适还在给陈垣的信中谈论与《水经注》有关的问题。
从信中可以看出两位学者的交情。
胡适在信的末尾写下这样的话：“今夜写此短信，中间被电话打断六次之多，将来不知何时才有从容治学的福气。”（《陈垣来往书信集》191页）
3个月后，1949年4月29日，陈垣在《人民日报》上发表了标志他一生重大转变的《给胡适之先生一封公开信》，虽然信的语气尚不激烈，但却意味着这两个朋友之间的友谊结束了，同时也意味着他和陈寅恪的友谊也画上了句号。
他在信中说：“在北平解放的前夕，南京政府三番两次的用飞机来接，我想虽然你和寅恪先生已经走了…”当时的陈垣“亲眼看到人民在自由的生活着、青年学生们自由学习着、教授们自由的研究着”。
关于陈垣给胡适的这封信，我们至今未见手迹。
胡适见到这封信后，写有《跋陈垣给胡适一封公开信》，心平气和地谈了他的感想，他认为这封信不是出自陈垣手笔（胡颂平编《胡适之先生年谱长编初稿》第6册，2122～2133页，台湾联经版）。
不管怎么说，陈垣从此转变了，以后他每做文章，几乎都要否定自己的过去，说自己以前“所讲所学皆井蛙夏虫之见”（陈智超《陈垣传略》见《中国现代社会科学家传略》第一辑206页，山西人民出版社）。
1959年1月，他光荣加入了中国共产党，他激动地说：“一方面感到闻道太晚，在先进的人们，先进的知识分子早已为人民革命事业不屈不挠英勇奋斗的时候，而我过去却一直对这样伟大事业毫无认识，未能参加到革命的行列，实觉愧对人民。
“另一方面，我也庆幸和感谢党多年以来的关怀与培养，党用共产主义世界观教育了我，使我能在垂暮之年，获得新的政治生命，因此我感到光荣。”（同上）
对陈垣的转变，陆键东在《陈寅恪的最后二十年》中有这样的评价：“陈垣思想的巨大转变是一个典型，它映照出时代铺天盖地的潮流。北京的人们相信，在这股洪流面前没有人能置身于外。”（该书118页，三联版）
陈垣是转变了，从他前半生经历中，我们推不出他要转变的必然结果，但他的转变又是一个既存的现实。我们对他的转变不必过分苛求，但也须保留一点怀疑的态度。
当时陈垣69岁，尽管许多资料说他转变之后，如何学习毛的书和马列主义，但有一个基本的事实不容回避，就是一个年过古稀的人，在多大程度上能立刻重新接受一种新的思想。
如果说能接受，那么这与一个人的生理和心理状况均不相符，陈垣的学术研究，走的是朴学一路，与政治无关，但谁选中了这个本与政治无关的人，让他成为旧学者在新时代里转变的典型呢？
在日后的几乎每一次政治运动中，陈垣都有积极的表现。
他曾写过一篇《思想改造在辅仁大学》的文章，将自己终身服务的大学说得一无是处，说自己：“长期为帝国主义服务，思想模糊，敌我不分…”（见《文教工作者的思想改造问题》上册，人间书屋1952年）
如果按照当时的逻辑，经过思想改造运动之后，作为旧学者的典型，陈垣迎来了他自己的新时代，从治学方法上，他找到了新的东西，从思想境界上，他找到了马列主义，他是学者，应该从此在学术上达到一个超越过去的新水平，虽然他已是一个老人，但他还没有失去学术能力，他应该多为人们留下一些学术成果，但遗憾的是，在他晚年的学术生涯中，我们见到的多是这样的文章：《斥奥斯汀侮辱中国人民》、《加强政治课程和时事学习》、《我在三反运动中的思想体会和检讨》、《遵循着斯大林同志的遗志继续前进》等等，陈智超说：“解放以来，他还写作了二十多篇学术论文。
陈垣过去的学术特点是以写专著见长的，但后来却没写一部专书，而应景的文章，要几倍于这“二十多篇学术论文。（刘乃和《陈垣同志已刊论著目录系年》，《励耘书屋问学记》，三联版1992年）
是陈垣年龄太大了吗？从他的健康状况看，似乎不是。
令人感慨的是40后代末就几乎双目失明的陈寅恪，始终保持了自己的独立性，不仅没转变，还完成了《元白诗笺证稿》、《论再生缘》和3大卷的《柳如是别传》，“至文.化大.革.命之难起，他至少完成了十几篇文章，两本专著，以及《寒柳堂记梦未定稿》。盲目衰翁有此成绩，殊可惊叹。（汪荣祖《陈寅恪评传》第166页，百花洲文艺出版社）
陈寅恪虽然小陈垣10岁，但当时的身体状况也不好。
陈垣似乎适应了时代，但再没留下了什么传世之作，而坚持了“独立之精神，自由之思想”的陈寅恪，却为后世留下了丰富的学术遗产，陈垣的遗憾是时代造成的，但个人应当承担多少责任，后人又该从这遗憾中得到些什么启示呢？