1896年1月4日，陈潭秋出生于湖北省黄冈县的一个农民家庭。幼年的陈潭秋聪明过人，在私塾读书时就深得老师喜爱。1912年，陈潭秋以优异的成绩考入湖北省立一中。1916年考入国立武昌高等师范学校（即现在的武汉大学）英语部。1919年五四运动爆发，陈潭秋毅然投入战斗，和其他学生领袖一起，领导了武汉地区的学生运动。1919年6月中旬，陈潭秋在上海经朋友介绍认识了董必武。1920年8月包惠僧、董必武、陈潭秋等人在武昌抚院街3号召开会议，秘密成立了武汉共产主义小组。
1921年7月，中国共产党第一次代表大会在上海召开。当时武汉共产主义小组的负责人包惠僧由上海去了广州，武汉共产主义小组就推荐董必武、陈潭秋为代表赴会。开会时，陈潭秋紧挨董必武坐，当共产国际代表马林用英语讲话时，陈潭秋是学英文的，他就给董必武做翻译。
中共一大后，陈潭秋回到武汉分管区委组织工作；1922年7月至1923年春，主持中共武汉区执行委员会工作；1923年发动和领导京汉铁路二七大罢工。1923年6月，陈潭秋参加了在广州召开的中共三大。1924年夏，陈潭秋被党组织调往武汉，组建中共武昌地方执行委员会并担任委员长。同年9月，任中共湖北区执行委员会组织部部长。1925年1月，陈潭秋代表中共湖北区执行委员会出席了在上海召开的中共四大。
1927年4月27日至5月9日，陈潭秋参加了在武汉召开的中共“五大”，被选为候补中央委员。
1927年7月，为了加强中共江西省委的领导力量，时任中共湖北省委组织部长的陈潭秋被调到南昌工作，担任中共江西省委组织部部长。当时南昌是蒋介石等国民党右派分子的大本营，陈潭秋积极开展统战工作，还协助省农会秘书长方志敏培养农运干部。同年10月，陈潭秋担任中共江西省委书记，至1928年5月。在陈潭秋领导下，江西的许多地方都建立了秘密的党组织。
东北地区曾是陈潭秋工作和战斗过的地方。1929年8月，陈潭秋到东北巡视和指导革命。在东北巡视期间，受时任中共满洲省委书记刘少奇的委托，与刘少奇共同起草了《满洲政治决议案草案》。这份《草案》成为当时指导东北地区革命斗争的纲领性文件。
1930年8月，陈潭秋受命担任由中共满洲省委改成的满洲总行动委员会的书记，11月任重新恢复的满洲省委书记。在他的领导下，遭到严重破坏的奉天市委、北满特委和延吉、磐石、柳河、清原县委，以及抚顺、大连、台安、长春特支等十多个地方组织得到恢复，并新建了40多个地方组织，党团员由原来的几十人增加到2000余人。
1930年12月初，陈潭秋与团省委书记王鹤寿一起，到哈尔滨参加中共北满特委扩大会议，在部署和领导纪念广州暴动三周年活动时被捕入狱。在狱中，陈潭秋通过各种途径与狱外党的组织建立了联系，并在狱中建立了党组织，同敌人斗争。每次受刑后，他都鼓励狱中的同志要坚持斗争，严守党的机密，并教同志们对付敌人酷刑的方法。经过党组织的多方营救，陈潭秋于1932年7月获释出狱。
1933年春，遵照党中央的决定，陈潭秋和谢觉哉结伴，徒步从白区进入中央苏区。他被分配到中央党校任党委委员，并亲自为学员讲授《中国革命史》课。同年11月，又被调任福建省委书记。1934年1月，在瑞金召开的中华苏维埃第二次全国代表大会上，陈潭秋当选为中央执行委员，并担任中央政府人民委员会粮食人民委员（即粮食部长）。他在这段工作期间，出色地完成了为红军筹集粮食的任务。
1934年10月，由于王明“左”倾机会主义者的错误指挥，第五次反“围剿”惨遭失败，中央红军主力被迫转移，开始长征。长征前，中共中央决定在中央苏区设立中共中央分局、中央军区和中华苏维埃共和国中央政府办事处，留下了3万多红军坚持苏区革命斗争。中央分局由项英、陈毅、陈潭秋、瞿秋白、贺昌、邓子恢、张鼎丞、谭震林、毛泽覃、梁柏台、汪金祥、李才莲等人组成。项英任中央分局书记和中央军区司令员兼政委，贺昌任政治部主任，陈毅任中央政府办事处主任，瞿秋白任中央分局宣传部长，陈潭秋任中央分局组织部长。中央分局和留守部队的任务是牵制敌人，掩护主力红军转移，同时保卫中央苏区，保卫土地革命胜利果实。
1935年2月下旬，陈潭秋、谭震林率红军第二十四师的一个营，约400余人，由瑞金西南向上杭西北突围，准备到永定县兰溪赤寨乡与张鼎丞会合，同红八团、红九团、明光独立营会师，坚持闽粤边界的游击战争。在一次战斗中，陈潭秋率领的警卫班全部壮烈牺牲，敌人逼近了陈潭秋，他顺势从悬崖上滚了下去，右耳被挂掉了，脚趾也被折断了，遂隐蔽在一个山洞里。等敌人退走后，谭震林又派人回来寻找生还者，最终在群众的帮助下，找到了浑身是血、气息奄奄的陈潭秋。
1935年8月，陈潭秋与陈云等被派往莫斯科参加共产国际第七次代表大会。会后，他被留在莫斯科，化名徐杰，参加中国共产党驻共产国际代表团的工作。
1939年5月，陈潭秋从莫斯科回国，准备返回延安，途经乌鲁木齐。这时，党中央从延安发给他一份电报，让他接替邓发任中共中央驻新疆的代表和八路军驻新疆办事处负责人，而当时新疆的情况十分复杂，统治新疆的是地方军阀盛世才。
1939年7月陈潭秋到新疆任职时，正值盛世才与中共关系开始恶化时期。此时盛世才想投靠蒋介石，但还没有公开。1942年形势急剧变化，3月19日，盛世才竟然将亲苏拥共的弟弟盛世骐暗杀掉。盛世才还派他驻重庆的代表张元夫与蒋介石进行接触。在重庆的周恩来见状，于1942年4月电告毛泽东：“蒋三次召见张元夫，并派张去新疆向盛世才提出谈判条件。” 5月8日，中央电告陈潭秋，同意撤退一部分同志。6月底到7月上旬，党中央又几次复电陈潭秋，同意将在新疆工作的党员全部撤退。但当时新疆通往延安的交通已被国民党封锁了，只有向苏联境内撤退。中央指示陈潭秋与苏联驻迪化的领事馆交涉，为此陈潭秋制订了分三批撤退的计划：第一批是负责干部和航空队；第二批是老弱病残、家属、小孩；第三批是他自己及办事处的少数干部。当时许多同志都不同意这个计划，提出让陈潭秋第一批走，陈潭秋却坚决地说：“党交给我的任务，是把大家全部安全地撤出去，只要这里还有一个同志，我就不能走！”
1942年8月底，盛世才公开投靠国民党，他把从外地调入乌鲁木齐的中共人员及八路军办事处工作人员全部集中在八户梁招待所内，还把“新兵营”留下的航空队的同志全部搬到南梁招待所集中。
1942年9月17日上午，盛世才的卫队长带着一批特务闯进了陈潭秋的卧室，并大声对他说：“徐先生，盛督办找你谈话，请吧！”就这样，特务们连拉带推地把陈潭秋、毛泽民等5人“请”了出去，软禁到邱公馆。下午又有20多名有影响的同志被“请”了出去，被软禁在了三角地招待所。接着，我党在新疆的全部人员，连同家属全部被软禁了起来，这就是“新疆事件”。
1943年9月27日深夜，新疆乌鲁木齐市天空黑茫茫的，四周静悄悄的，盛世才将陈潭秋、毛泽民、林基路秘密处决，为防止枪声惊动四周，刽子手竟用麻绳将他们活活勒死。陈潭秋时年47岁。
1945年6月召开七大时，远在延安的中共中央还不知道陈潭秋牺牲的消息，他还被选为中央委员。解放后陈潭秋的遗骨被安葬在乌鲁木齐市南郊烈士陵园中，大理石墓碑上留着董必武的亲笔题字“陈潭秋烈士之墓”。
（撰稿王舴）