初为父勋，起家员外散骑侍郎，袭封颍阴侯。出任游击将军、并州刺史，颇著政绩。高平陵之变时，力劝大将军曹爽投降，得到司马氏信任。回避朝廷内部的斗争，出任雍州刺史，成功防御蜀将姜维的进攻。甘露元年（256年），拜右仆射，跟随大将军司马昭抵御孙吴进攻，改授左仆射。
甘露五年（260年），得知皇帝曹髦遇弑，陈泰悲愤而死，追赠司空，谥号为穆。
人物生平
怀柔外族
正始初年（240年－241年），迁任游击将军。正始五年（244年），出任并州刺史，加振威将军、持节、护匈奴中郎将，主管并州的军、政、法等事务。陈泰辖区及周围地区民族众多，他很注意对当地各少数民族采取怀柔政策，威信很高。
陈泰挂壁
当时的京城权贵托他在边地购买奴婢，并附送宝货。陈泰将所送之礼皆挂在墙上，从不打开。正始九年（248年），陈泰被调回京城任尚书，将权贵所送之礼全部退还。嘉平初年（249年），陈泰代替郭淮，为雍州刺史，加奋威将军。
高平陵之变
同年正月，一直韬光养晦的司马懿趁曹爽等挟皇帝曹芳去洛阳南郊谒陵之际，发动政变，率军切断归路。当时，陈泰作为尚书，也去参加这次谒陵。当司马懿派人送书给曹爽要其放弃抵抗时，曹爽等仍犹豫不决。陈泰与侍中许允一道上前劝说曹爽，使其接受了交权条件。曹爽即派许允与陈泰为代表去与司马懿协商。故司马氏一直视陈泰为有功之臣。此后，司马氏控制朝廷。为了避开朝廷中的斗争，陈泰又主动要求外出任职。他被调任雍州（今陕西关中及甘肃东部）刺史，代替原刺史郭淮，并加奋武将军，处于对蜀作战的前线。
大战牛头山
同年秋，蜀卫将军姜维督军进攻雍州（今陕西关中及甘肃东部），依傍曲山（今甘肃岷县东百里）筑两城。姜维熟悉陇西风俗民情，欲诱羌胡归蜀，以控制该地区。派牙门将句安、李歆等人驻守，并联合羌胡人进攻附近各郡。征西将军郭淮与陈泰统兵抵御。二人商量对策时，陈泰说：“曲城（今甘肃岷县东漳南）虽然坚固，但是远离西蜀，道路险峻，粮食只能长途运输；羌胡的人质们害怕为姜维服劳役，也一定不会长久配合。如今只要我们围而攻之，兵不血刃就能夺取麴城。西蜀虽然可能发来救兵，但山道险阻，也不会很快到来。”郭淮从其计，遂采取围城打援策略，命陈泰讨蜀护军徐质，南安太守邓艾进围曲城，切断交通及水源，蜀军出城挑战，陈泰又命坚守阵地不战。曲城蜀军困窘不堪，甚至把干粮分给兵士，靠吃雪水过日子。姜维领兵救援，进至牛头山（甘肃岷县东南，洮河南岸），与陈泰相遇。陈泰说：“兵法贵在不用打仗就能让人屈服，如今只要我们切断牛头山的道路，使姜维没有了退路，就能把他擒获了。”遂令各部坚垒自守，不与蜀军交战。陈泰即调军南渡白水，顺河东行；郭淮率军进逼洮水，企图切断姜维退路。姜维及时发现了魏军的动向，姜维迅速撤回。而句安、李歆等人孤立无援，只好献城投降。
屡抗蜀汉
嘉平四年（252年），蜀人策动西部部分民族造反，攻打郡县，陈泰即上书请求将雍州、并州兵力合在一起前往镇压。并州军队在调动过程中，因不愿远征而出现兵变，结果陈泰只好单独率军前往，亦大获成功。
嘉平五年（253年）二月，吴太傅诸葛恪取得东兴之战胜利后，恃功轻敌，不顾群臣劝阻，再次兴师攻魏。五月，姜维与吴呼应，率军数万自武都（今甘肃西和西南）出石营经董亭（均在今甘肃武山南），进围南安（今甘肃陇西东南）。大将军司马师遣车骑将军郭淮与陈泰率关中军解南安之围。陈泰率部进至洛门（即洛门聚，今甘肃甘谷西）时，姜维因久攻南安不克，军粮已尽，被迫撤围退走。七月，吴军主力围攻新城受挫，士卒疲惫不堪，患疾者过半，死伤惨重，也被迫撤退。
正元二年（255年）正月，郭淮去世，朝廷即任命陈泰为征西将军，假节都督雍、凉二州的军事，即为当时曹魏西部的最高军事长官。
狄道之战
同年七月，大将军司马师病亡，司马昭控制魏国朝政。蜀将姜维乘司马师病亡之机，督车骑将军夏侯霸、征西大将军张翼等数万人攻魏。时新上任的雍州刺史王经对陈泰报告，蜀姜维、夏侯霸率军分三路向祁山、石营、金城攻来，要求分兵迎击。陈泰认为蜀军不会分数路而来，要其坚守狄道（今甘肃临洮），待他率主力自陈仓（今陕西宝鸡东）到达后，再钳击蜀军。八月，姜维到达枹罕（今甘肃临夏东北），遂向狄道（今甘肃临洮）进军。王经不俟陈泰军至即擅击蜀军。陈泰闻后，便料到会有变故，即遣大军前往支援。果然，王经先后败于故关（今甘肃临洮北）、洮西，大部伤亡或逃亡，仅残部万人还保狄道。姜维乘胜围狄道城。
邓艾等人认为：“王经的几万精兵大败于洮水以西，敌兵士气大振，这样的乘胜之兵势不可当，而将军以乌合之众，继败军之后，士气低落，军威不振，陇山以西已经面临被攻破的危险了。古人说：‘蝮蛇螫手，壮士解其腕。’《孙子》里也有‘兵有所不击，地有所不守’的说法，讲的都是小有所失而大有所全的道理。如今陇西之害超过蝮蛇，狄道之地难以固守，而姜维的兵马锋芒锐利，正该有所回避，不如割险自保，静观其变，等待时机，然后再图进兵，救援狄道，这才是可行之计啊。”
陈泰说：“姜维轻兵深入，正要和我军平原旷野争锋，以求速战速决。经本当凭借高壁深沟，挫伤敌人的锐气，可他偏恋战，结果使敌人的计谋得逞，大败而回，被姜维围困在狄道城中。倘若姜维攻克狄道，乘胜向东进兵，占据栎阳，得到足够的粮食，再收罗降兵，招纳羌胡，然后东争关中、陇右，进道陇西、南安、天水、广魏四郡，这可是我们决不愿看到的。而姜维要是被挫败在狄道城下，锐气消失，力量衰竭，那时攻守易势，主客不同，何愁消灭不了蜀军！兵书上说：‘攻城用的战车等都需要三个月时间才能制成。’而这些都不是轻兵远入或姜维的阴谋诡计所能仓促办到的。眼下姜维孤军深入，粮草跟不上，正是我军速进破敌的大好时机，所谓迅雷不及掩耳，势在必然。洮水在外围环绕，姜维等被围在内部，如今只要我们占据制高点和有利地形，卡住敌人的要害部位，蜀军一定会不战而逃。对敌寇不能姑息放纵，对狄道之围也要树立不久就能解救的信心，诸位怎么能说出‘解腕’、‘不守’的话来？”陈泰述说自己的见解后，就带领人马越过首阳县高城岭，一路悄然急行，当天夜里赶到狄道城东南的高山上，然后燃起一堆堆烽火，下令士兵鼓角齐鸣。狄道城里的将士一见救兵到了，士气大振。
姜维起初还以为当官的来救部下肯定要把各方人马聚集以后才能发兵，此刻忽听说魏军已经杀到，便认为发生了意外的变化或是敌军早有预谋，于是全军上下都很震惊和恐慌。魏军进发陇西，一路上山道深险，陈泰料定敌军必然会在途中设伏，于是伪装成从南路进兵的模样，姜维果然派兵埋伏了三天，结果魏军秘密行军，终于躲过了蜀军的埋伏。姜维于是带兵绕过山峰追杀过来，两军经过一番争斗，姜维败退返回营地。这时，凉州的魏军已从金城关赶到沃干阪，陈泰和王经秘密约定日期，计划一同攻击姜维兵马返回的通道。姜维等人听说这个消息，慌忙逃窜，狄道城中的将士终于被解救出来。王经慨叹道：“粮食供应不足十天，出击方向不合时机，险些全城覆灭呀！”陈泰一面慰劳将士，一面调度人马，派人驻守险关要隘，并且加紧整修城垒，然后自己带兵返回，仍屯驻在上络。
当初，陈泰听到王经被围困的消息后，认为魏军将士向来团结一心，只要王经带领部下齐心协力坚守城池，姜维不可能很快攻下狄道。于是，他一面将情况和部署上报洛阳，一面立即率军西进，昼夜兼程，赶奔狄道。朝廷接到陈泰的报告后，召集大臣们商议军情，大家认为王经如果被打败，狄道城很难自保。倘若姜维切断通往凉州的道路，兼并陇西、南安、天水、广魏四郡，占据关中和陇西以西的险要之处，就肯定能够消灭王经的部队而夺取陇右。因此应该立即征召四方兵马，集合大军前去攻讨。大将军司马昭说：“当年诸葛亮就常有这种志向，但是最终也没有实现。此事关系重大，必须要有深谋远虑，这可不是姜维的才智所能办到的。而且狄道城也不会那么快被他攻破，只是城内粮食短缺，甚为急迫，因此，只有像征西将军陈泰那样迅速救援，才是上策。”陈泰每每因为某个地方有事，就虚张声势，扰动天下，然后简明扼要将真实情况上报朝廷。驿书不过六百里，和平常的公务邮件一样。
姜维也感震惊，只好分兵攻陈泰。姜维督军沿山进攻，陈泰据险而守，击退蜀军。陈泰扬言截断蜀军退路，蜀军震恐，遂于九月二十五日撤军退走钟堤（今甘肃临洮南），狄道之围遂解。王经慨叹道：“粮不至旬，向不应机，举城屠裂，覆丧一州矣”。陈泰慰劳将士，加强城防工事，增添防守兵力后，率兵还屯上邽（今甘肃天水）。
司马昭据此对荀顗说：“玄伯一向沉着勇敢，多谋善断，这次肩负一方的重任，解救将被攻陷的城池，又不请求朝廷增兵，而且在表章里把情况讲得很轻淡，看来肯定有办法平定敌寇。做为都督大将，都应该像他这样啊！”
调归朝廷
甘露元年（256年），司马昭将陈泰调回朝廷，任尚书右仆射，负责选举任命官员。不久，吴将孙峻率军出淮、泗，摆出欲攻魏的姿态。司马昭即调陈泰为镇军将军、假节、都督淮北诸军事，并诏命徐州监军以下皆受陈泰节制。孙峻退兵后，朝廷又召回陈泰，改任左仆射。
甘露二年（257年），亲曹氏的征东将军诸葛诞采取连结东吴，以逸待劳，拒守扬州（治寿春，今安徽寿县）的方略，起兵反司马昭。司马昭亲率六军征讨，驻军丘头，由陈泰总管行台。陈泰自幼与司马师、司马昭为友，与沛国武陔的关系也很好，有一次司马昭问武陔：“玄伯和他父亲陈群司空相比怎么样？”武陔回答：“通达儒雅，渊博练畅，以天下教化为己任，玄伯不如其父，但严明纲纪简捷精干，建功立事，则超过他父亲。”
回京后，陈泰前后以功增加食邑至二千六百户，子弟一人被封为亭侯、两人为关内侯。
忧愤而亡
陈泰知道后，当即跑到现场，与太傅司马孚倒在地上，枕着曹髦尸体号哭尽哀。不久，司马昭也进入宫禁，见此情景，便问陈泰：“玄伯，天下人当怎么看我？”陈泰说：“只有斩杀贾充，才能以谢天下。”司马昭又说：“你再考虑看看有没有别的办法？”陈泰回答：“难道还能让我说别的话吗？”因过于悲恸，不久即去世。
一说，司马昭弑君后召陈泰一同商议善后事宜，陈泰不想参与此事，且已经病重，但在家人的逼迫下还是不得不从命，与司马昭在密室中商议，二人的对话大致同前。
陈泰死后，被追赠为司空，谥号穆侯，并被厚葬，后来石苞死时受到的待遇“帝发哀于朝堂，赐秘器，朝服一具，衣一袭，钱三十万，布百匹。及葬，给节、幢、麾、曲盖、追锋车、鼓吹、介士、大车”被史称为“皆如魏司空陈泰故事”。由其子陈恂袭爵。陈恂无子，他去世后，便由弟弟陈温袭爵。
咸熙元年（264年），朝廷恢复五等爵制，因陈泰“著勋前朝”，所以改封陈温为慎子。
陈泰的故事
人物评价
陈寿：泰弘济简至，允克堂构矣。
司马昭：陈征西沉勇能断，荷方伯之重，救将陷之城，而不求益兵，又希简上事，必能办贼故也。都督大将，不当尔邪！
武陔：通雅博畅，能以天下声教为己任者，（陈泰）不如（陈群）也；明统简至，立功立事，（陈泰）过之（陈群）。
张华：太丘长陈寔、实子鸿胪纪、纪子司空群、群子泰四世，于汉、魏二朝并有重名，而其德渐渐小减。
袁宏：玄伯刚简，大存名体。志在高构，增堂及陛。端委兽门，正言弥启。临危致命，尽其心礼。
家族成员
曾祖父：陈寔，字仲弓。东汉名士，官至太丘县长，死后谥号文范先生。
祖父：陈纪，字元方，官至大鸿胪。
父母
父：陈群，字长文。曹魏重臣，创建“九品中正制”及《魏律》。官至司空、录尚书事，封颍阴侯。卒谥靖侯。
母：荀氏，尚书令荀彧之女。
堂兄弟
陈佐，陈谌之孙，陈群族子，官至青州刺史。
陈坦，陈谌之孙，陈群族子，官至廷尉。
子嗣
陈恂，袭封颍阴侯，无子。
陈温，于兄长去世后袭封颍阴侯，咸熙元年（264年）改封慎子。
死因争议
关于陈泰之死，《三国志》只记载了年份 ，裴注则提供了呕血而死和自杀而死两种说法。据干宝的《晋纪》，甘露五年（260年），曹髦被杀后，司马昭与朝臣商议如何善后，太常陈泰没有到来，由其舅荀顗请他去，陈泰子弟都逼陈泰去，陈泰说：“当世谈论的人，都认为我可以比肩舅舅，如今舅舅不如我。”于是垂泪而入。陈泰要求司马昭诛杀下令成济杀曹髦的贾充，但司马昭不肯，陈泰则拒绝提出退一步的建议。孙盛的《魏氏春秋》则记载陈泰第一时间到达了曹髦被杀的现场，并说陈泰是因为司马昭不杀贾充而呕血死。习凿齿《汉晋春秋》则称陈泰是在与司马昭商议后回家自杀身亡。裴松之因为陈泰未当过太常而怀疑干宝的记载，更认为孙盛所记是由他自己所改编。对于《汉晋春秋》的相关记载则没有进行征引和讨论。《资治通鉴》基本采信了《晋纪》的记载，但没有记录陈泰之死；罗贯中所著小说《三国演义》在114回也是如此。
艺术形象
文学形象
在小说《三国演义》中，陈泰的生平与正史大体相当。曾在司马懿政变之时劝曹爽投降，之后外出到雍州任职，为郭淮副将，多次防御蜀将姜维的进攻。后来，陈泰继郭淮为魏国西方主帅，与部下邓艾结为忘年之交。魏帝曹髦被杀时，陈泰大为悲伤，大胆直言司马昭要处斩贾充谢罪，没有得到批准 。
影视形象
1994年电视剧《三国演义》：刘英鲁饰演陈泰。