陈球家族历代有名于世，其父陈亹，官至广汉太守。陈球年轻时广泛地浏览儒学，熟悉法律政令。
阳嘉（132年－135年）年间，陈球被举为
孝廉，并被授职
郎中，历任尚书符节郎、
慎陵园令、中东城
门候，升任繁阳县令。当时魏郡太守暗示县里送交货贿，陈球不给，太守发怒，鞭打
督邮，想让他驱逐陈球。督邮不肯，说：“魏郡所辖的十五城中，只有繁阳的政绩好，现在要我驱逐陈球，会引起天下人的议论。”太守才不敢这样做。
后来被公府
征辟，因成绩优异，被推举为高第，授任
侍御史。这时桂阳郡
猾贼李研等纠集部众侵扰抄抢、横行荆州，州郡牧守懦弱不能禁止，太尉杨秉上表推荐陈球任零陵太守。陈球到
零陵郡就任后，研究征讨的方法与策略。仅仅一个月，李研等贼虏有的被消灭，有的逃散。
此时，荆州兵朱盖等因为守边已久，却没有受到什么赏赐，在怨恨之下发动叛乱，与桂阳叛贼胡兰等三千多人再次进攻桂阳郡，焚烧郡县，桂阳太守任胤弃城而逃，叛军总数至数万，转攻零陵。零陵地下潮湿，编木为城，不可守，也不能防备，郡中百姓惊慌失措。
掾史把情况告诉陈球，要他遣散家属避难，陈球发怒说：“太守拿了国家的
虎符，身负治理一郡的责任，难道可以只顾妻子儿子，败坏国家的威权吗？再说这话的杀头！”便集合所有官吏百姓及老弱，共同守城，用大木作弦为弓、羽矛为矢，引机发射，可以射到一千多步以外，杀伤不少叛军。叛军又引水灌城，陈球就于城内因地势反过来决水淹叛军，双方相持十多天，叛军无法攻下零陵。正值朝廷派中郎将
度尚及长沙太守抗徐的援军抵达，陈球便招募士卒，与度尚一起击破斩杀了朱盖。战后陈球被赐钱五十万，一个儿子被授任为郎。
此后陈球调任魏郡太守，被征召授将作大匠，修建汉桓帝
刘志的陵墓，节省在
巨万以上。又升任南阳太守，因纠察检举豪强恶霸，遭到权势之家的诽谤，被征召至
廷尉处论罪，适逢大赦回家。司徒
乔玄不计仇怨向朝廷推荐陈球，因而被征召任
廷尉。
熹平元年（
172年），皇太后窦妙逝世。太后原来迁住南宫云台，
宦官深深地怨恨窦氏，便用衣车载太后尸体，放置城南市窖好几天。中常侍
曹节、
王甫想按贵人之礼将太后入殡，因汉灵帝
刘宏不同意才按原礼发丧。等到下葬时，曹节等人又打算将窦太后埋葬到别处，而把冯贵人的尸体移来与桓帝合葬。灵帝下诏召集三公九卿等百官在朝堂上集会议论，命中常侍
赵忠监督集议。当时，太尉
李咸正卧病在床，挣扎着抱病上车，并且随身携带了毒药，临走时对妻子说：“倘若皇太后不能随桓帝一同祭祀，我决不活着回家！”会议开始后，与会者数百人，互相观望了很久，没有人肯先发言。赵忠催促说：“议案应当迅速确定！”陈球说：“皇太后品德高尚，出身清白，以母仪治理天下，应该配享先帝，这是毫无疑问的。”赵忠笑着说：“那就请陈廷尉赶快执笔起草议案。”陈球立即下笔写道：“窦太后身处深宫之中，天赋聪明，兼备天下之母的仪容和品德。遭逢时世艰危，太后援立陛下为帝，继承皇家宗庙祭祀，功勋卓著。先帝去世后，不幸兴起大狱，窦太后被迁往空宫居住，过早离开人世。窦家虽然有罪，但事情并非太后主使发动。而今倘若改葬别处，确实使天下失望。并且冯贵人的坟墓曾经被盗贼发掘过，骨骸已经暴露，与贼寇尸骨混杂，魂灵蒙受污染。何况冯贵人对国家又没有任何功劳，怎么有资格配享至尊？”赵忠看完陈球起草的议案，气得脸色大变，全身发抖，嗤笑说：“陈廷尉起草的议案真好！”陈球回答说：“
陈蕃、
窦武既已遭受冤枉，太后又无缘无故地被幽禁，我一直很痛心，天下之人无不愤慨叹息！今天，我既然已经把话说了出来，即使是会议之后遭到报复，决不后悔，这正是我一向的愿望。”李咸开始不敢先说话，听陈球说的义正词严，然后大声说：“我原来就认为应该如此，陈廷尉的议案和我的意见完全相同。”于是百官全都赞成陈球的意见。
曹节、王甫仍继续争辩，认为：“
梁皇后为先帝正妻，后因梁家犯恶逆大罪，将梁皇后别葬在懿陵。
汉武帝废黜正妻
卫皇后，而以
李夫人配享。现在窦家罪恶如此深重，怎么能和先帝合葬？”太尉李咸又向灵帝上书请求将窦太后与桓帝合葬，灵帝看了李咸的奏章后，同意他的意见，最终结束了争论。
光和二年（179年），陈球出任永乐少府。他暗中与司徒
刘郃（刘郃的兄长、侍中
刘倏此前遭宦官杀害）谋划诛灭宦官。还未动手时，陈球又写信劝刘郃说：“您是宗室的后代，位在三公，为天下的人所敬仰，国家的藩卫，难道可以随声附和容忍不加反对？现在曹节等人放肆为害，一直在您的左右，而您的兄长侍中为曹节等人所害，这是永乐太后所亲知的。现在可以上表调卫尉
阳球为
司隶校尉，依次收捕曹节等人杀掉。这样，天子亲自掌权，天下太平，很快就可以到来。”而尚书刘纳因正直触犯了宦官，调任
步兵校尉，也力劝刘郃诛杀宦官。刘郃说：“凶恶的宦官，耳目很多，只怕事情还未准备好，先就受他们的祸害。”刘纳说：“您是国家的栋梁，国家倾斜快倒塌了，您不支持，用您为相干什么呢？”刘郃答应了，也与卫尉阳球同谋。阳球的小妾是宦官
程璜的女儿。当时曹节等人对刘郃的谋划，稍微知道一些，于是用重金收买程璜，并威胁他。程璜害怕下被迫把陈球的谋划告诉了曹节，曹节因而将全部情况告诉灵帝，说：“刘郃等经常与
藩国来往，有坏主意。多次称说永乐太后的声势，接受的贿赂很多。步兵校尉刘纳及永乐少府陈球、卫尉阳球书信往来，图谋不轨。”灵帝大怒，将刘郃免职。同年十月十四日，陈球与刘郃等人被逮捕下狱，在狱中被处死，享年六十二岁。
据《集圣贤群辅录》记载，魏文帝
曹丕还是丞相、魏王时，将陈球等二十四人旌表为二十四贤。
王夫之：其激焉而为已甚者，又有二焉：一则愤嫉积于中，而抑采艸野怨读之声以求快于愚贱，事本易而难之，祸未至大而张之，有闻则起，有言必诤，授中主以沾直之讥，而小人反挟大体以相难，则
李固、陈球之徒是也。