陈美行出身文艺世家。高中毕业时，陈美行考入了中央戏剧学院表演系，在校期间她为了提高自己的专业水平，每天在排练室练到11点才休息，并获得了中央戏剧学院的单项奖学金。大学毕业后，陈美行到北京大学攻读市场与经济方向的研究生。
2008年，陈美行主演贾樟柯监制，孙健敏执导的悬疑喜剧《
非常秀》，片中饰演一位有个性、爱扮酷并且痴迷Cosplay的女青年。
2010年，出演
张敏执导，
张智尧、
樊少皇主演的古装武侠剧《
楚留香新传》，剧中饰演青青；随后出演周晓刚执导，高天、马恩然主演的商战剧《
天下裘都》，剧中饰演历经一系列人生变故的女强人郭亚楠。
2011年，出演罗灿然执导，郭珍霓、叶静主演的年代爱情剧《
流泪的新娘》，剧中饰演杨明月；随后出演
楼健执导，
郭晓冬、
郭柯宇、
王千源主演的年代谍战剧《
我是真的》，剧中饰演丁佩仪；6月出演
吴锦源执导，
陈紫函、
陈键锋主演的古装神话剧《
搜神记》，剧中饰演罗刹；8月，出演蓝志伟执导
陈键锋，
陈司翰主演的当代都市剧《
微博达人》，剧中饰赵楠，10月，出演
鄢颇执导，
于震、
胡可主演的年代爱情剧《
我们的快乐人生》，剧中饰演女厂花张美丽；12月出演郭方宏执导，谢钢、徐熙颜主演的都市爱情剧《
真爱背后》，剧中饰演苏小云。
2012年7月，与赵奕欢、王一、翟文斌联袂主演电影《
校花诡异事件》，片中陈美行一人分饰护士和长发女鬼两角；11月，出演
张子恩执导，
邱心志、
唐艺昕主演的古装轻喜剧《
上错花轿之三嫁奇缘》，剧中饰演古灵精怪、刁蛮任性的山寨小公主刘倩。
2014年，主演孙武执导的京剧题材的电影《
回来再爱》，片中饰演苏倩；6月，主演武悦执导的都市爱情片《
租婚男女》，片中饰演女一号顾倩；7月，主演王首越执导的反腐题材片《
自我救赎》，片中饰演吴晓蕾；11月，主演邢博执导的悬疑片《
怨灵地下室》，片中饰演苏黎婴。
2015年1月，出演杜潇傲执导，
余心恬、
翟子陌主演的恐怖片《七月半之恐怖宿舍》，片中饰演朱静；3月，出演林合隆执导，刘涛、马天宇主演的偶像剧《
亲爱的婚姻》，剧中饰演蒋梅花；5月，出演
冯超执导，王彦华，黄海冰主演的喜剧片《
玩命大师》，片中饰演一个不太会演戏的演员刘萌萌；9月，出演林合隆执导，韩雪、林永健主演的都市情感剧《
萌夫木子李》，剧中饰演胡珊珊；10月，主演李红建执导的校园恐怖片《
七月半2：前世今生》，片中饰演叶璃；11月出演繁华执导，曾虹畅、田家达主演的古装传奇剧《
少年诸葛亮》，剧中饰演拼命三娘孙二娘。
2016年2月，主演刘涛执导的惊悚片《
万圣夜惊魂》，片中饰演沈琳；3月，出演
都晓执导，
许明虎、
李炳渊主演的古装剧《
少林寺传奇之东归英雄》，剧中饰演一名舞妓紫烟；5月主演
邢博执导的悬疑惊悚片《
惊魇》，片中饰演欧阳雪、欧阳倩两姐妹；6月，主演喻彬执导的惊悚悬疑片《
惊魂七夜》，片中饰演英子；10月，出演王钲执导，
冯铭潮、
赵多娜主演的青春励志喜剧片《
翻滚吧姐妹》，片中饰演龙吟。
生于1987年的陈美行已然褪去了同龄人的迷茫与稚嫩，充满着独立与自信，举手投足都散发出比实际年龄更成熟的优雅气质。陈美行并不满足于享受物质生活，而是用实际行动证明自己可以创造价值，创造属于自己的美丽（《公益时报》评）。
陈美行塑造了多个性格迥异的角色，无论是《校花诡异事件》中的惊悚女鬼，还是小清新萌派喜剧《爱爱囧事》中的爱情专家，都展现了她在喜剧方面的天赋（搜狐网评）。《搜神记》在全国播出后，陈美行塑造的罗刹女一角受到不少观众的喜爱； 罗刹女这个人物的特点是单纯、善良、有灵气，而平时性格与罗刹女相似的陈美行演绎起来也得心应手（搜狐网评）。