1944年，陈怀皑以优异的成绩毕业于四川江安国立戏剧专科学校并留校任助教。1948年赴香港任永华影业公司副导演，同年赴华北解放区参加华北大学第三文艺工作团，任戏剧队长，并参加了反映工作斗争生活的影片《红旗歌》的编导工作。 1949年调任中央电影局副导演，1950年，参加拍摄凌子风导演的故事片《陕北牧歌》。
1951年，任北京电影学院表演系教员。1953年，调任北京电影演员剧团导演，参加话剧《家》的导演工作。 1955年，在“长影”的《虎穴追踪》中任导演。1956年任北京电影制片厂导演，相继导演《生活的浪花》、《百凤朝阳》等。
陈怀皑参予拍摄的影片中，联合导演的作品很多，如与崔嵬导演合作的《青春之歌》、《北大荒人》、《野猪林》、《穆桂英大战洪州》、《平原作战》，与谢铁骊合导的《海霞》、《大河奔流》等。 1960年陈怀皑与崔嵬联合执导的京剧艺术片《杨门女将》将传统戏曲手法与现代的电影表现手法融合，在保留京剧唱、念、做、打的精华的同时，又发挥电影的特长，突出刻画了人物，渲染了背景气氛，丰富了时空变化，收到了较好的艺术效果。获第一届“百花奖”的“最佳戏曲片奖”。
1979年，陈怀皑独立执导的戏曲片《铁弓缘》，在戏曲与电影的结合中进行更进一步的探索，获第三届“百花奖”的“最佳戏曲片奖”。 陈怀皑拍片中注重民族艺术传统，着重于塑造人物，强调意境，主张形式为内容服务，不追求新颖，花哨，为中国戏曲艺术片的探索作出了贡献。
获奖情况及代表作：
《生活的浪花》（1957）
《百凤朝阳》 《青春之歌》（1959）(与崔嵬合导)
《北大荒人》（1961）
《野猪林》 （1962）
《大河奔流》（1978）(与谢铁骊合导)
《知音》 （1981） 《双雄会》 《杨门女将》（1960）（获1962年第一届百花奖最佳戏曲片奖）
《铁弓缘》 （1984）（获1980年第三届百花奖最佳戏曲片奖）
因抗战胜利后他积极参加进步学生运动，被国民党当局通缉，便改为母姓陈，名怀皑，当时还以别名陈演弦，从事文艺工作。因抗战胜利后他积极参加进步学生运动，被国民党当局通缉，便改为母姓陈，名怀皑，当时还以别名陈演弦，从事文艺工作。陈凯歌父亲陈怀皑陈凯歌，1952年8月12日出生于北京，中国电影导演，毕业于北京电影学院。
1984年，执导电影处女作《黄土地》，该片获得第38届洛迦诺国际电影节银豹奖，1987年，凭借剧情片《孩子王》获得第8届中国电影金鸡奖导演特别奖[2]。1993年，执导的文艺片《霸王别姬》成为首部获得戛纳国际电影节金棕榈奖的中国电影[3]。1998年，执导历史片《荆轲刺秦王》[4]。2002年，凭借剧情片《和你在一起》获得第22届中国电影金鸡奖最佳导演[5]。2005年，执导的史诗片《无极》提名第63届美国电影电视金球奖最佳外语片。2008年，获得第21届东京国际电影节黑泽明奖[6]。2010年执导古装片《赵氏孤儿》，同年获得第13届上海国际电影节华语电影杰出贡献奖[7]。2013年，担任第26届东京国际电影节评审团主席[8]。2015年，执导剧情片《道士下山》。2016年，执导剧情片《妖猫传》[9]。2018年，获得第3届澳门国际影展电影精神成就奖[10]。2019年，入选“中国海归70年70人”榜单。 [11]
2020年8月24日，凭借《我和我的祖国》获第11届中国电影导演协会2019年度表彰大会年度导演提名[12]。9月27日，执导的微电影《淑贞》定档9月28日零点上线[13]。10月25日，导演、监制抗美援朝电影《长津湖》
