陈柏霖凭借电影处女作《蓝色大门》被观众所熟知,成为青春的代言人。在逐渐适应明星生活并学会面对媒体后,陈柏霖并没有像其他同龄男艺人一样,参演能吸引更多人气的偶像剧,而是在大银幕上尝试各种作品和角色。从《我可能不会爱你》到《后会无期》,陈柏霖成功转型成为一位能够在商业片和文艺片中游刃有余的演员。2011年3月,主演电影《观音山》,并凭借《观音山》中丁波一角入围第13届法国多维尔亚洲电影节。
同年,陈柏霖出演八大电视台自制的台湾偶像剧《我可能不会爱你》,饰演李大仁一角,自己创作并演唱该插曲《我不会喜欢你》,凭此剧获得2012年度第47届金钟奖戏剧节目最佳男主角奖、雅虎香港人气大奖“海外最受欢迎男演员”奖、2012安徽卫视国剧盛典“港台地区年度网络最受欢迎男演员”奖。