陈泰是魏国名臣陈群的儿子，在青龙年间(233-237年)担任散骑侍郎，在正始年间(240-249年)转任游击将军，后来出任并州刺史，加振威将军，持节，成为护匈奴中郎将，主管并州事务。陈泰很注意对当地少数民族采取怀柔政策，有很高的威信。当时，京城的权贵托他在边地购买奴婢，并送来宝货。陈泰将所送之礼皆挂在墙上，从不打开。后来，陈泰被调回京城任尚书，将权贵所送之礼全部退还。
249年，司马懿趁曹爽等奉齐王曹芳去洛阳南郊谒陵之际，发动政变，率军切断归路。司马懿派人送书给曹爽要其交权，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。同年，陈泰调任雍州刺史，加奋武将军。蜀将姜维进攻雍州，依傍曲山筑两城，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，根据陈泰的建议成功击退姜维，并俘虏句安、李歆等人。其后几年，陈泰协助郭淮多次击退姜维的进攻。
255年，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。 同年，雍州刺史王经对陈泰报告，蜀将姜维、夏侯霸等率军分三路向祁山、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，待他率主力自陈仓到达后夹击蜀军。姜维到达枹罕后，果然向狄道进军。王经不等陈泰军至即擅自出击。陈泰闻讯后，料到会有变故，即遣大军前往支援。果然，王经先后败于故关、洮西，大部分士兵伤亡或逃亡，仅残万人还保狄道。姜维乘胜围狄道城。陈泰星夜驰报朝廷，同时收编王经的残部，作好进攻准备。不久，长水校尉邓艾出任安西将军，与陈泰并力抗击蜀军，太尉司马孚为后援。邓艾等人认为蜀军新胜，士气正旺，魏军应据险自保，而陈泰认为蜀军孤军深入，粮草不济，正是进攻的好时机。于是分三路进至陇西，避开蜀军，出其不意地绕过高城岭，进至狄道东南山上，燃火击鼓与城内联络，守军见援军至，士气大振。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，撤军退走钟堤，狄道之围遂解。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。
256年，陈泰调回朝廷，任尚书右仆色，负责选举任命官员。不久，吴将孙峻率军出淮、泗，摆出衣攻魏的姿态。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，改任左仆色。
257年，征东将军诸葛诞连结东吴，起兵谋叛，拒守扬州。司马昭亲率六军征讨，驻军丘头，由陈泰总管行台。得胜回京后陈泰因功食邑增加到2600户，子弟一人为亭侯，二人为关内侯。
260年，陈泰病逝，被追赠司空，谥穆侯，儿子陈恂继嗣。(《魏氏春秋》言：陈泰因魏帝曹髦被杀，悲伤过度而死。) 以上资料取材于《三国志》、《魏氏春秋》
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 。
