陈桢是我国著名的生物学家，在鱼类遗传学方面创造性的研究成果，受到了全世界的瞩目。同时，他还在社会性动物行为的研究中取得了重大成果，对中国生物学史也进行了较全面系统的研究。他不仅是我国动物遗传学的创始人，而且也是动物行为学和中国生物学史的主要创始人之一。
1894年，陈桢出生在江苏邗江瓜洲镇一个贫寒的家庭里。父亲是长江水师的一名小职员。幼年时，他随父亲东奔西走，时断时续地读了几年私塾。此时，正值中国广泛吸收西方社会科学和自然科学之时，陈桢受其影响，把个人的前途命运和国家民族的兴衰紧紧地联系起来，把攻克外文关和提高外语阅读能力放在首位，先入南京汇文书院（美国基督教会主办，金陵大学前身）学习，后考入公费的上海公学预科。1914年秋毕业后，他又考入金陵大学农林科，开始较全面地接受西方科学，并于1918年秋获农学士学位。
1918年冬天，陈桢考取了清华留美官费生，1919年秋，在清华学校专科学习了半年后的陈桢前往美国，并把奋斗目标瞄准了当时居于世界领先地位的降尔根遗传实验室。在有限的3年时间里，他先用两年的时间完成了康奈尔大学预科（一年）和哥伦比亚大学研究生院动物学系（两年）的全部课程，并在著名的细胞学家E．B．威尔逊的细胞实验室进修了细胞学，于1921年提前一年毕业，获理学硕士学位。接着，他又用挤出来的一年时间，在T．H．摩尔根教授的指导下，专攻遗传学。摩尔根那极为严格的实验科学训练，使他受益匪浅。
1922年秋，陈桢怀着一颗赤子的报国之心回到了祖国。他一面任东南大学农学院动物系教授，一面兼任中国科学院生物研究所动物学研究员。他在总结前人以不同观点和方法研究遗传问题的经验的基础上，进一步提出了联合应用实验交配法、胚胎学、细胞学和生物统计学的方法来探索遗传学上的一些重要问题，尤其强调统计学方法的应用，认为这是排除偶然、揭露必然的重要科学手段。为了能有效地应用他所提出的改进方法，他在分析了前人实验方法的不足之处后发现，我国特有的金鱼是最适合于交配实验和实验胚胎的好材料。
1923年，陈桢开始研究金鱼的外形变异与天演。在查阅和收集了古籍中有关金鱼变异的历史资料，对我国金鱼的种源、家化、变异及其演变的历史进行了探讨和分析后认为，金鱼演变的历史是天演论的有力证据。
1924年，陈桢开始对金鱼外形的变异进行科学研究，但他的研究设备却是如此简陋：十几个水缸、一个两脚规、一把刻度半毫米的米尺、显微镜、120条家化金鱼和40条野生金鱼。他应用生物学统计法，对金鱼的体形变异（体长、体高、背鳍、腹鳍、臀鳍、尾鳍、头及眼形、鳞片、鳃盖和鼻隔以及鳞片颜色）进行了细致的观察，缜密的测量统计，连同上述历史资料分析，进行了综合性的探究。他认为，金鱼的有些变异（新品种），如龙背、龙眼、双尾等可以用达尔文的选择论来解释，但有的新变异，如背鳍的残缺、肛鳍的单双、全缺、长短，既不能用达尔文的选择论来解释，也不能用拉克马的获得性遗传理论来解释，只能用德·弗里斯的突变论来解释。第二年，他将其研究成果发表在《中国科学社生物研究所论文丛刊》第一期上。他还将其中的部分内容抽出来，以《金鱼的变异与外形》为题，向国内的广大学者介绍。他的论文《金鱼的外形与变异》为国内外学者所推崇，被誉为鱼类变异研究的经典论文。他的这篇论文连同《金鱼的变异与天演》一起，至今仍作为经典遗传学实验事例和历史事例，在大中学校里向学生们介绍。
从1925年起，陈桢先后在国内外发表了一系列论文，对金鱼的变异、发育、遗传和进化，提出了系统的资料和数据，被公认为我国动物遗传学的创始人。
19世纪中叶以后，动物行为的研究取得了长足的进展。这是一门独立的新兴学科。为了在我国开展这方面的研究，陈桢于1931年在清华大学理科研究所生物学部，开始招收动物社会学研究生。1935年至1936年间，他又着重研究了蚂蚁社会对个体活动（主要是筑巢活动）的影响。这是一块前人没有涉足的空白领域。他的研究，为我国开展动物行为学研究，建立动物行为学这门新兴的学科，奠定了良好的基础。
1926年秋，清华大学创建生物学系，聘请陈桢为兼职教授。1928年，陈桢被聘为生物学系教授兼系主任，主管生物学系的教学工作，直到1952年清华、北大两校的生物学系合并，才改任北大生物系教授。在这20多年的时间里，他为清华大学生物学系的发展，倾注了大量心血。首先，他确定了以发展实验科学为主的办系方针，在搞基本建设时，建立了供遗传研究的鱼场，蓄养金鱼；移植各地植物，开辟供实验和研究用的植物园；建立了实验室。同时，他还在20门必修课中的18门课中开设了实验课。
在教学方法方面，他反对“填鸭式”的灌输法，采取因人而异的诱导法，重视培养学生的自学能力和独立思考能力，不断地启发和诱导学生深入思考或向新的方向进行探索，从而为我国培养了一批优秀的动物学和遗传学人才。
为了提高教师素质，提高教学质量，陈桢主张教师必须进行科研工作。在他的倡导下，生物学系研究会于1930年成立，并制定了生物学系研究计划。在短短的五六年时间里，生物学系的学术空气大为活跃，学术成就硕果累累，在国内外学术刊物上发表的论文、书评达70余篇。
新中国成立后，在振兴科学、建设新中国的强烈的时代感召下，陈桢于1950年接受中国科学院的委托，主持动物标本整理委员会（动物研究所的前身）的工作。1953年，中国科学院动物研究室成立，他被聘为主任，后任所长。1954年，任中国科学院自然科学史委员会生物学史专业委员。1955年，任中国科学院生物地学部学部委员。此时的陈桢，为了发展新中国的科学事业，不顾重病缠身，仍然为发展遗传学研究提出规划和设想，直至1957年11月因病逝世。