2010年，參演首部電視劇《沒關(guān)系，爸爸的女兒》，飾演鄭真久的女兒鄭世妍。
2011年2月，與千正明、韓智慧聯(lián)袂主演歷史劇《伙伴》；8月與韓高恩、吳世貞共同出演電視劇《Bilitis俱樂部的女兒們》；同年憑借《我的女兒是花兒》獲得2011年SBS演技大賞女新人獎。
2012年，主演KBS電視臺出品的水木劇《新娘面具》，憑借劇中飾演的變臉術(shù)士吳牡丹一角獲得2012年KBS演技大賞女新人獎；同年主演SBS周末劇《五根手指》，飾演天才感性的鋼琴演奏者洪多美，憑借洪多美一角受到觀眾關(guān)注，但因同時接拍兩部電視劇引發(fā)爭議。同年，成為韓國中央大學(xué)學(xué)生。
2013年8月31日-2013年12月1日，陳世妍出演了話劇《Closer》，飾演愛麗絲一角。
2014年1月，主演KBS水木劇《感激時代》，以上世紀30年代的上海為背景，講述了韓中日三國黑社會之間的愛情、友情和兄弟義氣，飾演申正泰的戀人金玉蓮，演繹上海灘夜總會夜鶯嬌媚動人的形象。5月，與李鐘碩、姜素拉、樸海鎮(zhèn)共同主演SBS月火劇《doctor異鄉(xiāng)人》，劇中陳世妍首次嘗試一人分飾二角，既要飾演主人公樸勛的初戀宋在熙，又要飾演韓國醫(yī)麻醉領(lǐng)域?qū)＜翼n勝熙；7月代言DNF拼圖手游《地下迷城勇士》，與李玹雨共同代言七喜飲料。9月陳世妍參與拍攝浪漫喜劇電影《警察家族》，飾演可愛開朗的女主角樸英熙，講述的是警察家族出身的女兒和犯罪組織家族出身的兒子結(jié)婚的故事；與洪宗玄一同錄制了將在電影末尾出現(xiàn)的OST《今生只有你》，《危險的見面禮2》4月29日韓國上映。11月15日憑借電視劇《doctor異鄉(xiāng)人》獲得第3屆大田電視劇節(jié)女子人氣賞。
2015年7月，出演由搜狐視頻和韓國知名制作公司金鐘學(xué)聯(lián)手打造的網(wǎng)絡(luò)劇《高品格單戀》中的女主角。11月確定出演MBC周末劇《獄中花》，成為該劇女主角。
2017年，主演TV朝鮮電視臺古裝劇《大君》，在劇中飾演憑借朝鮮第一的美貌而被兩個王子愛慕，卻不屈服于任何權(quán)力和誘惑，一心守護真愛的女主人公。
2018年，與Super Junior成員利特擔任2018韓國大眾音樂頒獎禮（KPMA）主持。
2019年，主演MBC電視劇《道具》，飾演犯罪心理分析師申素英。
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