陳文帝駕崩後，因為沒有抑制權臣和宗室的緣故，使得皇族與大臣內部矛盾一觸即發，而年幼的皇帝卻只能任人宰割。
陳伯宗生於南朝梁承聖三年（554年）五月初五。永定二年（558年）二月初五，受封為臨川王世子。永定三年（559年），陳武帝去世，陳蒨即位，是為陳文帝。同年八月二十六日，陳文帝立陳伯宗為皇太子。
天康元年（566年）四月二十七日，陳文帝去世，皇太子陳伯宗在太極前殿即位。
但是陳文帝生前授予其弟陳頊以重權，導致他死後嗣帝權力弱小，很快就被陳頊篡奪了皇位。
光大二年（568年）十一月，始興王陳伯茂因為皇叔安成王陳頊專政，心中十分不滿，多次散播安成王將要廢立的惡言。同月，陳頊以陳伯宗個性太軟弱，難以當大任為由發動政變，用皇太后沈妙容的名義下詔廢黜陳伯宗的帝位，將其降封為臨海王，遷到藩地居住。又下令廢黜始興王陳伯茂為溫麻侯，置諸別館，安成王派遣刺客在車內殺掉了他。
太建元年（569年）正月，陳頊自立為帝，是為陳宣帝。太建二年（570年）四月，陳伯宗不明不白地死去，年僅十九歲，史稱陳廢帝，葬於今南京西善橋。