型男配美女

陳偉霆與Angelababy於2005年在香港主題公園拍攝兒童節目時共墮愛河，惟2人低調處理感情，未有公開，其後因他們均紋上十字架情侶紋身，令戀情無所遁形。至2009年，有傳女方到日本發展，與陳偉霆分手收場，結束4年情。

2010年，陳偉霆與經歷離婚傷痛的蔡卓妍宣布拍拖，不過這段姊弟戀一直不被看好。皆因當時男方知名度不高，反而蔡卓妍事業如日方中，故被指女尊男卑。雖然陳偉霆憑內地劇《古劍奇譚》而人氣大增，亦無助關係，最終結束5年情。

陳偉霆2018年被揭與巴西籍辣模Bruna G Marth在網上互動，2人亦曾在自拍照中出現同一隻小狗，而女方曾被拍得參加男方的家庭聚會，與陳母言談甚歡，似融入家中，不過Bruna一直強調與陳偉霆只是朋友，2人關係維持8個月便告吹。