1966年2月26日，出生于浙江省金华市兰溪县（今兰溪市）。
1984年，从兰溪一中毕业，考入浙江大学化学工程系。
1988年，获得浙江大学化学工程学士学位。同年，被免试推荐到清华大学化学工程系生物化工专业攻读硕士学位，导师为丛进阳教授。
1991年，获得清华大学工学硕士学位。同年4月入伍，在军事医学科学院微生物流行病研究所工作。
1995年，考取军事医学科学院微生物学博士研究生，攻读基因工程专业。
1998年6月，获得军事医学科学院医学博士学位，并被选入军事医学A类人才库。
1999年3月，加入中国共产党。
2000年，晋升为副研究员。
2002年，被破格晋升为研究员，并享受首批军队特殊人才津贴。
2003年3月，成为微生物学专业博士生导师。
2006年7月，担任军事医学科学院微生物流行病研究所副所长。
2008年5月，汶川地震发生后，担任国家减灾委科技部抗震救灾专家委员会卫生防疫组长。同年7月，担任北京奥运安保军队指挥小组专家组成员。
2011年12月，担任军事医学科学院生物工程研究所所长。同年获得中国青年女科学家奖。
2014年，入选国家百千万人才工程。
2015年7月，晋升少将军衔。
2020年1月，为应对新型冠状病毒肺炎疫情，带领专家组进驻武汉。
陈薇长期从事生物防御新型疫苗和生物新药研究，主持建成创新体系和转化基地，成功研发中国军队首个病毒防治生物新药、中国首个国家战略储备重组疫苗和全球首个新基因型埃博拉疫苗。2014-2015年西非埃博拉疫情期间，率队赴非洲疫区完成埃博拉疫苗临床试验，是第一个在境外开展临床研究的中国疫苗。
陈薇历经阻击非典、汶川救灾、奥运安保、援非抗埃等重大任务砺炼，带出一支学科交叉、拼搏奉献的生物防御队伍，2018年获军队科技创新群体奖。
2020年3月，由陈薇领衔的军事科学院军事医学研究院科研团队研制的重组新冠疫苗开始人体注射试验。
截至2019年5月，陈薇在Nature Nanotechnology等期刊发表SCI论文，单篇最高影响因子53.2。
据2020年6月中国工程院官网显示，陈薇以通讯作者在Lancet、Lancet Global Health、Nature Nanotechnology、Advanced Materials等期刊发表文章。
据2020年10月首都文明网显示，陈薇以通讯作者在《科学》《柳叶刀》等发表SCI收录论文79篇，单篇影响因子最高60.3。
据2020年6月中国工程院官网显示，陈薇作为第一发明人获中国、美国、日本等发明专利授权30项。
据2020年10月首都文明网显示，陈薇以第一发明人获国内外发明专利授权31项、I类新药证书3项、临床批件9项。
2006年，陈薇凭借一项反恐生化研究，以第一完成人身份获得军队科学技术进步奖一等奖。
2016年，陈薇领导的“抗病毒Ⅰ类新药—重组人干扰素ω”项目获得国家技术发明奖二等奖。
2005年7月，担任中华全国青年联合会第十届委员会委员。
2013年3月，担任中华人民共和国第十二届全国人民代表大会代表。
2013年10月，担任中华全国妇女联合会第十一届执行委员会委员。
2016年6月，担任中国科学技术协会第九届全国委员会委员。
2017年8月，担任第十一届药典委员会委员。
2018年3月，担任中国人民政治协商会议第十三届全国委员会委员。
2021年5月，担任中国科学技术协会第十届全国委员会副主席。
2022年1月，担任中国药学会第二十五届理事会副理事长、国家传染病重大专项总体组专家。
1999年，获中国人民解放军三等功。
2002年，获首批军队特殊人才津贴。
2003年，获中国十大杰出青年。
2003年，获中国十大科技新闻人物。
2003年，获中国人民解放军三等功。
2003年，获全军“非典防治工作先进个人”。
2003年，获总后勤部“优秀地方大学生干部”。
2004年，获中国人民解放军二等功。
2005年，获全军“优秀地方大学生干部”。
2006年，获总后勤部“科技银星”。
2008年，获国务院政府特殊津贴。
2009年，获“求是”杰出青年奖。
2011年，获中国青年女科学家奖。
2015年，获中央电视台年度科技创新人物。
2015年，获中国科学年度新闻人物。
2017年，获何梁何利基金科学与技术进步奖。
陈薇研究团队“为党分忧，为民解难，拼搏奉献”。（时任国家主席胡锦涛评）
作为一名军人，她闻令而动、敢打敢拼，展现了钢铁战士的血性本色；作为一名党员，她关键时刻冲得上去、危难关头豁得出来，发挥了党员的先锋模范作用；作为一名院士，她领衔研发全球第一个进入二期临床试验的新冠病毒疫苗，彰显了中国的科技实力，用实际行动谱写了绚丽的奋斗篇章。（解放军报评）
陈薇在生物安全、生物防御、生物反恐等方面业绩显著，出色完成了抗震救灾、奥运安保等应急任务。（第八届中国青年女科学家奖评审会评）
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