侯门贵女楚汉战争时期，陈婴曾随项羽征战，后降刘邦，并在汉高祖六年（前201年）封1800户（《汉书》云600户）堂邑侯 。汉文帝三年，陈婴之孙陈午袭堂邑侯，随后娶窦皇后之女馆陶长公主刘嫖为妻。 生二男一女：长子陈季须（陈须），次子陈蟜，女即孝武陈皇后（名未见载于史籍）。
汉景帝前四年（前153年），立长子刘荣为太子。 长公主想将自己的女儿嫁予太子为妃。太子刘荣的母亲栗姬善妒，而后宫诸多受天子宠幸而得到显贵的美人皆因长公主之故，这些美人所受到的尊宠超过了栗姬，栗姬日益愤怒并且怨恨长公主刘嫖。待到长公主欲与栗姬结儿女之亲时，栗姬也因此而了拒绝了长公主。 遭到拒绝的长公主又将目光投向了四岁即封王的景帝爱子——王夫人所生胶东王刘彻，王夫人答应了长公主提出的婚约。
长公主因栗姬的拒绝而生气，于是经常在景帝面前进谗言栗姬之过：“栗姬与各位贵夫人、宠姬聚会，常常让侍从在他们背后吐唾液诅咒，施用妖邪惑人的道术。”景帝因此恼恨栗姬。 而栗姬亦曾因不愿善待景帝的众位儿子并出言不逊令景帝气愤。
与此同时，长公主每日在景帝面前夸赞王夫人之子的优点，景帝也认为王夫人之子德才兼备，又有从前王夫人怀孕时梦日入怀的吉兆 ，更换太子的主意还没定下来。王夫人知道景帝怨恨栗姬，趁他怒气未消，暗中派人催促大臣奏请立栗姬为皇后。一次朝会大行令奏事完了，又说：“‘儿子因母亲而尊贵，母亲因儿子而尊贵’，如今太子的母亲还没有封号，应当立为皇后。”景帝发怒说：“这是你应该讲的话吗！”结果竟论罪处死了大行令，并在汉景帝七年（前150年）废了太子刘荣，改封他为临江王。
同年，汉景帝立王夫人为皇后，她7岁的儿子胶东王刘彻为太子。 刘彻立为太子后，取了长公主的女儿陈氏为太子妃。
擅宠而骄建元元年（前140年），汉武帝即位，陈氏以太子妃身份立为皇后。 因为在立武帝为储君这件事上陈皇后的母亲窦太主（武帝即位后尊长公主为大长公主，亦称窦太主）刘嫖出了力气，陈皇后故此骄横尊贵。 窦太主亦自恃有功于武帝，无穷止的向汉武帝索取财物，武帝心中厌恶窦太主。而陈皇后又生性骄横善妒，虽独享宠爱却始终没能生孩子，花了9000万钱治疗不孕之症亦终究没能治愈。 武帝对陈皇后的宠爱也慢慢衰退。王太后对武帝说：“你刚即位不久，大臣们尚未归附于你，之前商议兴立明堂的事情已经惹怒太皇太后，如今又不顺从长公主，必定会受到重责。妇人的性情是很容易高兴的，你应该慎重思考该怎么做！”武帝于是对窦太主与陈皇后母女俩稍加以恩礼相待。
建元二年（前139年），汉武帝的姐姐平阳公主献歌女卫子夫以充后宫。 陈皇后听说卫子夫得到天子大幸之后，非常生气，数次寻死觅活，武帝也愈加对皇后不满。
建元三年（前138年），卫子夫因被武帝宠幸而怀有身孕，而此时陈皇后却因为没生孩子而妒忌卫子夫。陈后的母亲大长公主听说后心疼自己的女儿，亦妒忌卫子夫，于是策划抓捕卫子夫当时并未知名的弟弟卫青，欲将其杀害，后卫青得其友公孙敖相救免于一死。
长门终老随着卫夫人的尊宠一天胜过一天，并为汉武帝生下三个公主， 而陈皇后十余年里却一直未能生育 ，其外祖母窦太皇太后又在建元六年去世。
元光五年（前130年），陈皇后竟施以妇人媚道，此事被发觉后，汉武帝要求负责执法纠察的部门穷究此案。 当时的御史大夫张欧有一位下属侍御史名叫张汤 ，他深入案情，追查出楚服等人为陈皇后施巫蛊之邪术，祝告鬼神，祸害他人，属大逆无道之罪。最终处巫者楚服斩首于市，与此案有牵连者且被诛杀者三百余人。同年秋七月乙巳日，汉武帝命有司赐皇后一道策书：“皇后不守礼法，祈祷鬼神，降祸于他人，无法承受天命。应当交回皇后的玺绶，离开皇后之位，退居长门宫。” 至此，居皇后之位11年的陈皇后被废黜。
陈皇后废后居住在长门宫中。陈皇后的母亲窦太主感到羞惭恐惧，向武帝叩头请罪。武帝说：“皇后的行为不符合大义，不得不把她废黜。你应该相信道义而放宽心怀，不要轻信闲言而产生疑虑和恐惧。皇后虽然被废了，仍会按照法度受到优待，居住在长门宫与居住在上宫并无区别。” 元光六年（前129年），陈后的父亲堂邑侯陈午去世，元鼎元年（前116年），大长公主去世。 又过了几年，陈皇后也在长门宫去世。逝后葬在霸陵郎官亭东面。
人物评价《史记》：“陈后太骄。”
《汉书》：“惠张、景薄，武陈、宣霍，成许、袁傅，平王之作，事虽歆羡，非天所度。”
轶事典故金屋藏娇据志怪小说《汉武故事》中讲述了两段与陈皇后有关的故事，虽然这篇志怪小说多余史书记载内容相左，但是叙述的故事颇为生动，短短的内容中出现了多个著名典故，其中最为著名的就是这一段“金屋藏娇”。这个典故也是陈皇后被称为陈阿娇的名之由来。这一个美丽的承诺亦频繁的出现在历代文学作品中，为人们所熟知，往往被误认为成真实历史事件。故事内容如下：
汉景帝时，薄皇后无子，景帝便立栗姬生的长子刘荣为太子。长公主刘嫖有一个女儿，想要与太子结亲。栗姬性善妒，宠爱不如从前，王夫人因此告诉栗姬说：“长公主之前献给陛下的美人现在得到了陛下的宠幸，你何不私下里与长公主商量儿女婚事呢？”当时后宫诸多美人都因为长公主得见于景帝，并且得到景帝的宠幸而尊贵。栗姬因此愤怒而不听从王夫人的话，并拒绝了长公主结亲的请求。长公主亦因此而非常生气，王夫人借此机会送厚礼给长公主，于是长公主决定把女儿嫁给王夫人之子胶东王刘彻，然而汉景帝却没有同意。
后来长公主来到宫中，抱着刚刚几岁的刘彻于膝上，问道：“你想娶媳妇吗？”说着便指着左右长御等女官一百多人挨个问，刘彻都说不好。随后长公主又指着自己的女儿问道：“娶阿娇好不好？”刘彻笑着说：“如果能娶到阿娇做妻子，应该修建一座金屋让她住。”长公主大为欢喜，于是苦苦请求景帝，景帝便答应了这门亲事。
对食起源据《万里野获篇·卷六·对食》记载，椓人娶妻，宫女缔结，皆起源于汉朝的“对食”，在明朝也称为“菜户”。并在该篇中摘录对食的起源故事。此事为志怪小说《汉武故事》中讲述的关于陈皇后的第二段故事，即发生在元光六年巫蛊之案中陈皇后与女巫楚服之间事情。
大长公主刘嫖仗着自己立太子有功，常常向汉武帝讨要财务，次数多了武帝不胜其烦并不给予，大长公主因此生气常常说一些不好听的话。汉武帝怒，想要废皇后，并说：“如果大长公主收敛一点，就暂且容留皇后。”大长公主这才稍微收敛。然而汉武帝对皇后的宠爱已经衰退，皇后却越来越骄横嫉妒。女巫楚服说自己能够让帝王回心转意，于是皇后日夜祭祀，炼制丹药服用。楚服则穿着男子的衣冠，与陈皇后一同饮食寝居，相爱如夫妻。汉武帝听说以后，深查巫师与皇后之罪，诸多妖蛊咒诅，女扮男装与其他女子淫乱之事皆查处。
千金买赋南朝梁萧统编著的《昭明文选》中最早收入了一篇著名的骚体赋——《长门赋》。相传此赋的作者为西汉文学家司马相如，然此序中出现了汉武帝谥号，而司马相如先于汉武帝31年去世。故此赋的作者也成了千古之谜。在《长门赋》的序中，简单的讲述了此赋的创作背景。虽然历史上的陈皇后并未能如序中说写得到汉武帝的再次宠幸，而此赋也有后人伪做的嫌疑。但是却因此赋，“千金买赋”及长门宫成为了著名的历史典故，在历代文学作品中，“长门”成为了宫怨、士不遇、人生失意的代表。《序》中故事如下：
孝武皇帝陈皇后经常受到宠幸，颇为善妒。后来被贬到长门宫，心情愁闷经常哀愁思念天子。她听说蜀郡成都的司马相如是天下间擅长写作文章的人，于是派人献上黄金百斤给司马相如及其妻卓文君买酒喝，借此向司马相如求得能解悲愁的文赋。而司马相如则做了这篇《长门赋》给汉武帝，汉武帝看了以后非常感动，因此陈皇后又重新得到了帝王的宠幸。
史说纷纭废后原因平阳公主：无子故废在《史记·外戚世家》中作为记载陈皇后重金求子前的铺垫，记载了馆陶公主与平阳公主的一段对话：
窦太主数次责备汉武帝的姐姐平阳公主说：“皇帝没有我是不能继承帝位的，现在即位了却又抛弃我的女儿，怎么能这样不爱惜自己的名誉而忘记我的功劳呢？。”平阳公主回答说：“是因为陈皇后无子所以被废。”
《汉书》、《前汉纪》、《资治通鉴》皆未引录此段。
而陈皇后舅父汉景帝的第一位皇后薄皇后，亦是因无子无宠而废。桓谭观点：欲立子夫《后汉书·桓谭冯衍列传》中记载了一段涉及到陈皇后被废的事情：
汉哀帝宠幸高安侯董贤之妹，因此对傅皇后日益疏远。傅皇后的父亲孔乡侯傅晏亦因此而不得志。郎官桓谭便对傅晏说：“过去孝武皇帝想立卫子夫为皇后，于是暗中搜集陈皇后的过错，而陈皇后最终被废，立卫子夫为皇后。现在陛下宠幸董贤，而他的妹妹更受陛下喜欢。这是将要发生子夫之变的前兆，您不可以不忧虑这件事啊！”
傅晏听后大惊，问桓谭有什么办法，桓谭说：“刑罚不能用在没有罪过的人身上，邪枉不能战胜行事端正的人。士人以才智取得君王亲近，女子用媚道求取主上的宠爱。皇后年轻，未经历多少艰难，若有人指教她用巫医之术，求方技邪道，这是不可以不防备的。”并劝诫傅晏行事谦谨，驱散宾客门徒以减少非议灾祸。傅晏照做后又以桓谭之话告诫皇后。后来董贤搜寻傅氏罪过的时候始终没能找到证据，傅氏因此得以保全。青史定案：惑于巫祝按史书记载，陈皇后于元光五年（前130年）被废黜。
《史记》记载：陈皇后施用妇人媚道，事情被发觉后，汉武帝废陈皇后。
《汉书》记载：陈皇后施用妇人媚道，事情被发觉后，汉武帝于元光五年深入追查此事，女巫楚服等人犯下为皇后用巫蛊之术害人的罪行，受此牵连而被诛杀者有三百多人，最终废陈皇后。
《前汉纪》记载：陈皇后擅宠骄横恣意十余年，没有生子。又施用妇人媚道，故此被废。
《资治通鉴》记载：女巫楚服等人教唆陈皇后行厌胜之术，施用妇人媚道，事情发觉后，命令张汤深查，查出与此事牵连者三百余人，于是废陈皇后。
唐·贾公彦曰：“按《汉书》：妇人蛊惑媚道，更相祝诅，作木偶人埋之于地。汉法又有官禁敢行媚道者。”社科院博士后贾丽英认为：“媚道是一种致爱巫术，就是希望利用超自然的神秘力量来获取爱情。媚道的施术方式众多，但大致可分为三类：偶像攻击，祝诅，方技。”因楚服教唆陈皇后所施“妇人媚道”为巫师“祝诅”，故废后诏书记载为“皇后失序，惑于巫祝”。退居何处陈皇后废后居住在长门宫。根据《汉书》记载，陈皇后的母亲窦太主曾经听爰叔之言向汉武帝进献长门园，武帝将其改名为长门宫，作为文帝庙的离宫。而陈皇后废后居于此宫。
然而窦太主献园之时陈皇后已废多年，与今本《汉书·外戚传上》中记载的元光五年废后策命上所载“罢退居长门宫”在时间上有矛盾。因此有学者就此时间矛盾根据《汉书》中众多诏策之文对照，认为”罢“字应为废后策命中的最后一字，而”退居长门宫“应为班固自己的语言。这样则可以解释个中时间的矛盾问题。也就是说，陈皇后废后并非马上住进了长门宫。
按《三辅黄图》记载，长门宫在甘泉宫目录之下。又《陕西通志》卷七十二，长门宫遗址，在故长安城东。”而甘泉宫又有“有过见遣”的钩弋夫人所居勾弋宫，孝宣霍皇后和孝成许皇后废后所居昭台宫，此二皇后在昭台宫居住一段时间后又分别有迁居云林馆及长定宫。可见，皇后被废后也可能再次搬迁住所。陈皇后在废后至窦太主献长门园甚至献园的一段时间内，到底是居住在何处现存文献文物尚不可考。
