陳夷行字周道，潁川人。祖父陳忠，父親陳邑。陳夷行在憲宗元和七年(812)考中進士，多次被朝廷派往地方負責特殊事務的使臣府署召用。敬宗寶歷末年(825)，陳夷行由侍御史改任虞部員外郎，都是在朝廷的東都分設機構任職。文宗太和三年(829)，入朝擔任起居郎、史館修撰，參預修撰《憲宗實錄》。四年(830)進獻《憲宗實錄》，轉任司封員外郎。太和五年(831)，陳夷行遷升吏部郎中。四月，被召任翰林學士。太和八年(834)，兼任皇太子侍讀，奉詔：每五天進長生院一次，侍奉太子講經(jīng)。文宗召見他應對策問，當面賞賜給他緋衣、牙笏，遷升諫議大夫、知制誥，其他職務不變。太和九年(835)八月，改任太常少卿，知制誥、學士侍講等職務不變。

　　文宗開成二年(837)四月，陳夷行以本官職位任同平章事。三年(838)，楊嗣復、李玨相繼入朝輔政。陳夷行性情孤高，不隨流俗，歷來憎惡楊、李諸人的所作所為，每次在皇帝面前議政，他都在言語上冒犯楊嗣復，以至于來言去語相互沖突。陳夷行不能忍受，上表皇帝，稱說因腳有病，請求辭位；文宗不準許，下詔宮中使者前去他家慰勞。七月，朝廷委任王彥威為忠武節(jié)度使，史孝章為..寧節(jié)度使，都是由楊嗣復一手籌劃的。在延英殿應答策問時，文宗趁便問陳夷行說：“日前委任的兩個方鎮(zhèn)，恰當嗎？”楊嗣復說：“如果說出自皇上的心意就恰當，當然人心都滿意。如果說這件事有辦得失當?shù)牡胤剑枷聜冊趺磿]有意見？”文宗說：“確實是這樣，我本來沒有偏私之心?！标愐男姓f：“近三年來，奸臣竊取權柄；陛下不可倒持太阿寶劍，授人以柄?！睏钏脧驼f：“齊桓公從仇虜中起用管仲，難道有倒持太阿、授人以柄的憂慮嗎？”文宗對陳夷行的話感到不高興。

　　仙韶院樂官尉遲璋被授予王府率這一主領門衛(wèi)士卒、役夫的職務，右拾遺竇洵直在官署內評論說：“藝人自有他本業(yè)的官職，不應當授予清貴的官職?！编嶑f：“這樣的小事，哪里值得拿到朝廷官署來論列一番！王府率是六品雜官，說這是清貴官職，給你竇洵直你滿足嗎？這是追求名譽。”楊嗣復說：“曾經(jīng)聽人說竇洵直有點昏昧古怪，今天在衙署評論一個樂官，昏昧則有之，倒也不足為怪?！标愐男姓f：“諫官在衙署，只該評論宰相得失，不該論樂官。但是已經(jīng)評論，須給予處置。今后樂工每七、八年給他轉一個官職，如果不這樣的話，就加上役作小吏每次考核數(shù)個人?！蔽淖谡f：“另外給他一個官職。”于是委派尉遲璋任光州長史，賜給竇洵直絹一百匹。不久，陳夷行轉為擔任門下侍郎。

　　文宗在紫宸殿召集宰輔大臣議論政事，趁便說道：“天寶年間的施政狀況，確實不很好。這時候姚崇、宋王景還在嗎？”李玨說：“姚崇已經(jīng)去世而宋王景被免了職?！苯又瞰k又說：“人君英明圣哲，始終如一極難。玄宗曾說：‘自從即位以來，我從未錯殺一個無罪的人?！墒侨斡玫睦盍指ο莺鐒e人的全家、誅除一族，不也昏惑迷亂了嗎？”陳夷行說：“陛下不可將自己的權柄移交他人?！睏钏脧驼f：“陳夷行的話說起來簡單，實行卻很難；況且太宗重用房玄齡十六年、魏征十五年，又何曾違背道義呢？臣認為信用房玄齡、魏征多年不能叫不合道理，但是濫用邪辟奸佞之人一天，就足以說是違背道義了?！标愐男兴f的話，全都是說楊嗣復擅自專斷獨攬大權。

　　文宗任用郭鑅為坊州刺史，右拾遺宋元阝上奏論評，認為不合適。不久之后，郭鑅因貪贓獲罪，文帝對宰相們說：“宋元阝奏論政事值得嘉獎，他被授予現(xiàn)任官職是什么時間？”楊嗣復說：“去年?！苯又终f：“諫官議事，陛下只須記下他的姓名，隨即給予優(yōu)待獎勵。如果他論事不恰當，也應該讓他明白?！标愐男姓f：“諫官奏論政事，是他本身的職責。如若每奏論一件事就加授一個官職，那么官位究竟該從哪里獲得？其中不免有私情。”文宗說：“私情實在難以避免，太平盛世時期，也不可避免?！蔽淖诮K于認為陳夷行發(fā)表議論太過分，對待他的禮遇漸漸淡薄。不久免除他掌管朝政的職權，讓他代理吏部尚書。

　　開成四年(839)四月，陳夷行任檢校禮部尚書，調出朝廷擔任華州刺史。次年(840)，武宗即位，李德裕執(zhí)掌朝政。七月，陳夷行由華州被召入朝，再任中書侍郎、平章事。會昌三年(843)十一月，任檢校司空、平章事、河中尹、河中晉絳節(jié)度使。去世后，封贈為司徒。