早年经历

永定元年（557年），陈蒨的叔父陈武帝陈霸先受禅登基，建立陈朝，封陈蒨为临川郡王。 永定二年（558年）二月初五日，陈武帝封陈伯宗为临川王世子。永定三年（559年），陈武帝去世，陈蒨即皇帝位，是为陈文帝。同年八月二十六日，陈文帝立陈伯宗为皇太子。自从南朝梁皇室遭遇内乱，皇太子所居住的东宫就被烧毁，陈伯宗被立为皇太子之后，便居住在永福省。 

登基为帝

天康元年（566年）四月二十七日，陈文帝去世，当日，皇太子陈伯宗在太极前殿即皇帝位，大赦全国。 五月初三日，尊皇太后章要儿（陈武帝皇后）为太皇太后，母亲皇后沈妙容为皇太后。 

当时陈伯宗的叔父安成王陈顼和仆射到仲举、舍人刘师知等人都接受遗诏辅佐朝政。刘师知和到仲举长期住在宫中参与决定各项事务，而陈顼担任扬州刺史，和左右三百人进入尚书省居住。刘师知见丞相权力大，暗中忌妒他，就假称诏令对陈顼说：“现在四方太平，大王可以回到东府，治理州中事务。”陈顼将要搬出，而谘议毛喜制止他说：“现在如果出居外面，就会受别人的控制，好比曹爽，想做一个富翁也不能做到。”陈顼于是称病，召唤刘师知留下来和他谈话，派毛喜先进宫报告太后沈妙容。沈妙容说：“现在伯宗年纪小，政事都交给到仲举和刘师知，这不是我的意思。”毛喜又对给陈伯宗说，陈伯宗说：“这本是刘师知等人的所作所为，不是我的主意。”毛喜出来报告陈顼，陈顼因此囚禁刘师知，自己进宫见沈妙容和陈伯宗，极力陈说刘师知的过失，随之亲手起草诏令请求签字，把刘师知交付廷尉治罪。这天夜晚，刘师知在狱中被赐令自杀。从此政事无论大小，都由陈顼决断。 

被废去世

光大二年（568年）十一月，陈顼以陈伯宗个性太软弱，难以当大任为由发动政变，用皇太后沈妙容的名义下诏废黜陈伯宗的帝位，将其降封为临海王 ，迁到藩地居住。太建元年（569年）正月，陈顼自立为帝，是为陈宣帝。同年四月，陈伯宗不明不白地死去，年仅十九岁，史称陈废帝。