2010年，參演首部電視劇《沒關系，爸爸的女兒》，飾演鄭真久的女兒鄭世妍。

　　2011年2月，與千正明、韓智慧聯袂主演歷史劇《伙伴》；8月與韓高恩、吳世貞共同出演電視劇《Bilitis俱樂部的女兒們》；同年憑借《我的女兒是花兒》獲得2011年SBS演技大賞女新人獎 ?。

　　2012年，主演KBS電視臺出品的水木劇《新娘面具》，憑借劇中飾演的變臉術士吳牡丹一角獲得2012年KBS演技大賞女新人獎 ?；同年主演SBS周末劇《五根手指》，飾演天才感性的鋼琴演奏者洪多美 ?，憑借洪多美一角受到觀眾關注 ?，但因同時接拍兩部電視劇引發爭議 ?。同年，成為韓國中央大學學生 ?。

　　2013年8月31日-2013年12月1日，陳世妍出演了話劇《Closer》，飾演愛麗絲一角。

　　2014年1月，主演KBS水木劇《感激時代》，以上世紀30年代的上海為背景，講述了韓中日三國黑社會之間的愛情、友情和兄弟義氣 ?，飾演申正泰的戀人金玉蓮 ?，演繹上海灘夜總會夜鶯嬌媚動人的形象。 ?5月，與李鐘碩、姜素拉、樸海鎮共同主演SBS月火劇《doctor異鄉人》，劇中陳世妍首次嘗試一人分飾二角，既要飾演主人公樸勛的初戀宋在熙，又要飾演韓國醫麻醉領域專家韓勝熙； ?7月代言DNF拼圖手游《地下迷城勇士》 ?，與李玹雨共同代言七喜飲料。9月陳世妍參與拍攝浪漫喜劇電影《警察家族》，飾演可愛開朗的女主角樸英熙 ?，講述的是警察家族出身的女兒和犯罪組織家族出身的兒子結婚的故事； ?與洪宗玄一同錄制了將在電影末尾出現的OST《今生只有你》 ?，《危險的見面禮2》4月29日韓國上映 ?。11月15日憑借電視劇《doctor異鄉人》獲得第3屆大田電視劇節女子人氣賞 ?。

　　2015年7月，出演由搜狐視頻和韓國知名制作公司金鐘學聯手打造的網絡劇《高品格單戀》中的女主角 ?。11月確定出演MBC周末劇《獄中花》，成為該劇女主角 ?。