2000年，19岁的陈嘉桦报名参加“宇宙2000实力美少女选拔大赛”，赛后与参赛成员任家萱、田馥甄共同签约华研国际音乐，组成S.H.E组合，华研公司为陈嘉桦起名Ella为艺名。

2001年9月，S.H.E正式出道，却因美国911事件一度被媒体忽略，且出道前普遍不被外界看好。三人在努力后才开始获得外界关注，她们的演艺之路这才开始延续下去，9月11日，正式发行首张专辑《女生宿舍》不到一周，台湾地区销量突破五万张，最后在台湾的销量达16万张，在全亚洲累计销售75万张，在各大歌曲排行榜位居女子组合新人冠军；同年主演台湾偶像剧《爱情大魔咒》。

2002年，S.H.E发行第二张专辑《青春株式会社》，并首度前往中国内地、马来西亚与新加坡宣传。该专辑列入台湾民生报年度十大专辑，销量突破28万张，是该年度台湾女子组合专辑销量冠军；8月发行第三张专辑《美丽新世界》 ，并于2003年获得第十四届金曲奖最佳重唱组合奖，台湾销量约30万张，全亚洲销量约176万张。

2003年1月23日，S.H.E发行首张精选专辑《Together》；5月，主演偶像剧《蔷薇之恋》，饰演个性温和善良、单纯无心机的郑百合；7月29日，陈嘉桦在外景地录制华视《快乐星期天》中意外受伤，入院治疗；8月发行专辑《Super Star》，并凭借此专辑获得第15届台湾金曲奖“最佳重唱组合奖”；因陈嘉桦受伤，S.H.E在北京宣传《Super Star》的工作由Selina和Hebe两人完成，专辑销量大好后，S.H.E省下庆功费用做公益，并于27日捐赠新台币20万元给台北市私立忠义育幼院，并和院童同乐，此外，在次年S.H.E凭借此专辑入围第15届台湾金曲奖最佳重唱组合奖。

2004年1月4日，历经5个月“三缺一”状况的S.H.E终在录音室齐聚，陈嘉桦正式归队；2月，S.H.E第六张专辑《奇幻旅程》正式发行；9月4日，S.H.E首场世界巡回演唱会“S.H.E奇幻乐园世界巡回演唱会”在台湾台北市立体育场拉开序幕，先后巡回上海、马来西亚、北京等地共9场；11月，发行组合第七张专辑《Encore》；随后，在第11届新加坡金曲奖获得了“最受欢迎团体”金奖、“我最喜爱的MV”及金曲等共五个奖项；12月25日，S.H.E在美国拉斯维加斯开唱，获加州议员BobHuff到场颁发欢迎状。

2005年6月21日，陈嘉桦在拍摄偶像剧《真命天女》时，不慎耳朵灼伤、两侧头发烧焦，经送台大医院急救住院，幸无大碍，只需要休息两天；10月《真命天女》在华视播出，陈嘉桦凭借在剧中饰演个性善良憨厚的任洁一角，入围第41届台湾电视金钟奖戏剧类最佳女主角奖，并为电视剧独自配唱了插曲《只是当时》，收录于《天命真女电视原声带》中；11月发行S.H.E的第八张专辑《不想长大》，被“中华音乐人交流协会”选为2005年推荐专辑，凭借此专辑入围第17届台湾金曲奖最佳重唱组合奖，这是其连续5年入围台湾金曲奖。

2006年7月，发行组合第九张专辑（第二张新歌加精选）《Forever》，首周发行就位于各大排行榜冠军，台湾销量最终破15万，亚洲销量破125万张；7月8日，“S.H.E移动城堡世界巡回演唱会”在上海八万人体育场起航，巡回世界各地共12场，其中7月13日的“S.H.E移动城堡世界巡回演唱会”香港场在红馆举行，这是S.H.E首踏红馆舞台。

2007年3月，主演校园偶像剧《花样少男少女》，陈嘉桦在剧中饰演活泼、运动万能的卢瑞莃；5月，S.H.E迈入乐坛的第十张专辑《PLAY》正式发行，专辑首次收录陈嘉桦作曲的歌曲《老婆》。

2008年2月6日，在2008年中央电视台春节联欢晚会演唱歌曲《中国话》的改编版；9月23日，发行第十一张专辑《我的电台FMS.H.E》发行，并获得香港地区新城劲爆国语专辑奖。

2009年6月22日，S.H.E通过中国移动隆重举行组合首张数位专辑（新歌加精选）《爱的地图》无线首发纪新闻发布会暨歌友会 [43]  ；10月16日、17日，在香港红磡体育馆举行组合第三次世界巡回演唱会“爱而为一世界巡回演唱会”的首站并共巡回12场 [44]  。

2010年1月31日，偶像剧《就想赖着你》在台湾中视数位台首播，陈嘉桦饰演个性善良纯真且乐观知足的女一号杨果，该剧首播当日取得收视率达7.22，平均收视3.21的成绩 ；3月，发行出道以来的第十二张专辑《SHERO》，同时宣布下半年开始三位成员将会单飞但不解散，陈嘉桦表示自己会朝电影方向发展。

2011年5月，专辑《SHERO》入围第22届金曲奖最佳演唱组合奖项。

2012年1月20日，贺岁喜剧电影《新天生一对》在中国台湾首映，陈嘉桦饰演个性乐观活泼且乐於助人的马妞，这是其个人的大银幕处女作，该片在台湾上映不到4天，票房已逾1000万新台币（约260万港元），23日开始在中国内地公映，仅用三天的时间上座率高达80%，使影片单日票房连续杀入前三甲，2月2日在香港上映；4月3日，主演青春爱情动作喜剧《女孩坏坏》，在片中饰演一位行侠仗义的高校女生阿丹，并为电影配唱主题曲《坏女孩》，收录于《我就是…Ella陈嘉桦》中；5月16日，华数互动电视推出《S.H.E十年鉴定白皮书，少女蜕变美娇娘》专题，一起鉴证假小子Ella的成长之路；5月29日，陈嘉桦在北京举行《我就是…Ella陈嘉桦》首张个人EP签售会；6月23日参加第23届金曲奖演出并演唱歌曲《坏女孩》，随后三人换装登台合体演唱《SHERO》和《Super Star》，这是自2010年10月，睽违555天后，三缺一的S.H.E，首次合体同台表演；11月16日，发行第十三张专辑专辑《花又开好了》。

2013年2月9日，央视蛇年春晚S.H.E在零点后出场，带来歌曲《SHERO》，这是其二度登上央视春晚；4月，陈嘉桦加入台湾综艺节目《王子的约会》，与庾澄庆共同担任节目主持人；随后S.H.E举办“2GETHER 4EVER世界巡回演唱会”，6月22日在台北小巨蛋首唱，后续共巡回14场；8月，加盟内地音乐评论节目《中国好声音第二季》，担任庾澄庆组梦想导师。

2014年4月10日，陈嘉桦加盟腾讯视频调查真人秀节目《你正常吗》，并担任第一季及第二季的节目主持人；5月，“2GETHER 4EVER世界巡回演唱会安可场”从深圳起跑，陆续登陆武汉、重庆、上海等地巡回共8场。

2015年4月17日，发行首张个人专辑《WHY NOT》；5月15日，主演的电影《缺角一族》上映，陈嘉桦凭借外表可爱、个性活泼且乐于助人的莎莎一角于2016年3月获得大阪亚洲电影节最佳演员奖；随后演唱《少年班》主题曲《你曾是少年》；10月，首次挑战舞台剧《爱朦胧人朦胧》；同年，为动画片《小王子》配音。

2016年3月11日，与任家萱一起参与原创室内竞技真人秀节目《王牌对王牌》，在节目中陈嘉桦与易烊千玺合作歌舞《Bang Bang Bang》，与王力宏合唱歌曲《青春修炼手册》4月3日，作为固定明星队队长首次参与内地励志竞技体育综艺节目《来吧冠军》；4月29日，成为加速队员加盟创意实境游戏秀节目《全员加速中第二季》；6月26日，作为固定艺人加入明星校园体验式励志型真人秀节目《我去上学啦第二季》；7月28日，凭借专辑《WHY NOT》获得MTV亚洲金曲大赏港台最受欢迎女歌手奖；9月18日，作为猜评团成员加入音乐悬疑竞猜类真人秀《蒙面唱将猜猜猜第一季》；10月28日，推出个人单曲《浑身是劲》；12月，为荒诞悬疑喜剧电影《你好疯子》献唱同名推广曲《你好疯子》。

2019年11月，以“话家毕加索”的身份参与《蒙面唱将猜猜猜第四季》节目的录制并揭面，后成为猜评团成员；12月30日，确认加盟青年励志综艺《青春有你第二季》担任音乐导师。