陈国军1975年考入
长春电影制片厂演员剧团。他侦察兵出身，每天长跑，早年为了多赚些钱，刘晓庆、陈国军、苏小明几人联手去石家庄工人俱乐部“走穴”。陈国军唱歌，刘晓庆伴舞。
1980年陈国军在根据
鲁迅名著《
药》改编的同名影片中扮演革命党人
夏瑜一角，由于剧本对夏瑜这个人物重新进行了加工塑造，再加上陈国军本人的刻苦钻研、认真体会，夏瑜成了全剧中最光彩的一个人物形象，陈国军因该片而成名。
1984年陈国军调入
北京电影制片厂并开始从事导演工作，1985年改编并导演了影片《
无情的情人》，该片以浓郁、厚重的油画般的色彩，展现了西藏高原的风俗人情和自然风貌，也展示了特定环境，特定历史时期人们的生存方式，道德标准和人文景观。影片上映后引起强烈反响，是该年度票房最有号召力的影片，陈国军初次执导便赢来喜人的成绩。
1987年陈国军再接再厉执导《
大清炮队》一片，该片讲述鸦片战争时期一支农民炮队全军覆灭的悲壮故事，意在给那些为民族捐躯的无名英雄树立一座丰碑，并力图在剖析民族落后因素的笔触中给观众以启迪和思考。影片不回避战争的残酷，真实地再现历史事件和战争场面的惨烈，具有一种悲凉的沧桑感和民族追溯意识，它注重历史气氛的烘托，展现了
自然环境蛮荒古朴的本来面目，使众多人物在浓烈的气氛中完成形象的塑造。《
大清炮队》获得多方赞誉。陈国军的导演才华再一次得到肯定。陈国军后来又相继执导了《
“宝贝”小偷与大盗》《
慰安妇七十四分队》等影片。
1993年，陈国军执导的电视连续剧《
趟过男人河的女人》在
中央电视台首播，该片曾引起强烈反响。1995年，由陈国军执导、苗圃、李树生主演的电视剧《
飘雪》播出，该剧描写了一个制糖厂普通工人的生活和情感。2002年，陈国军执导的《
第八警区》播出。2004年，由陈国军执导，以揭露税务内幕为背景的电视剧《
国家命脉》引起人们的猜测，该剧被一些人认为是在影射
刘晓庆的税务风波。然而，陈国军对此坚决否认。2006年2月4日，由陈国军执导，
刘雪华、
何琳等人主演的电视剧《
梦回青河》首播，该剧根据著名女作家
於梨华的同名小说改编，讲述了抗战时期，一个行将没落大家族中几个姑表兄妹之间的感情纠葛。
2009年导演《亲妈》，该剧是李琳与陈国军导演十五年后再度携手。2010年导演《我的刑警朋友》，同年导演《松花江上》《大潮如歌》等作品，其中《松花江上》创收视佳绩。2013年导演《平民大英雄》，2021年导演《高铁作证》，该剧是一部关于高铁建设的现实主义力作。
2013年12月21日，陈国军担任导演的电视剧《
平民大英雄》在中国大陆开播。2021年12月20日，由陈国军任总导演的中国首部关于高铁建设的现实主义电影《
高铁作证》首映礼在甘肃兰州举行，该电影改编自同名长篇小说，讲述了铁路建设者响应党的号召，不畏艰难险阻，积极投身高铁事业的故事。2023年2月21日，陈国军执导的革命题材电影《
巧渡金沙江》研讨会在北京举行，以中央红军巧渡金沙江为背景，刻画了红军渡过金沙江天险，成功摆脱国民党数十万大军围追堵截的传奇故事。
陈国军与刘晓庆相识，当时他与赵雅珉已成婚。1986年，二人补办了结婚手续。两人走到一起的时候，一个已是公认的影坛皇后，一个是声名鹊起的新星导演。可联手拍摄《蹚过男人河的女人》时，刘晓庆的月工资只有50元（改革初期所有演员都没有片酬）。负责伴奏的乐队是后来赫赫有名的黑豹乐队。演出费一场5元人民币，一天演8场，赚40元钱。有一次陈国军在台上走神，连唱了好几遍歌，刘晓庆就跟着跳了好几遍舞。1989年，两人正式离婚。20世纪九十年代初，陈国军与
刘晓庆离婚后，曾写下了一本书《我和刘晓庆：不得不说的故事》。
陈国军现任妻子是
傅丽云。2000年，陈国军遇到了傅丽云，傅丽云是著名演员，她因接拍了数百条电视广告，被人们称之为“广告女皇”，她温柔、善良，深得陈国军的喜欢，而陈国军的真诚、敢作敢为的硬汉形象也深深打动了傅丽云。