陳潭秋幼年入私塾，後入聚星小學、湖北省立第一中學，1915年考入武昌師範英語部，畢業後擔任湖北人民通訊社記者，也在省立女子師範兼課。1920年，陳潭秋與董必武合辦私立武漢中學，並發起湖北共產主義小組，並出席了中共第一次全國代表大會，出任中共武漢地區委員會書記。1923年陳潭秋參加京漢鐵路大罷工而遭通緝，在中共安排下轉往江西活動，於容共期間加入國民黨，後出任中共湖北省組織部長。
國民黨清黨後，陳潭秋於1928年赴上海與中共會合，任中共中央組織部秘書，後又前往江蘇、河北活動，1930年調往東北擔任中共滿洲省委書記，期間一度被捕，獲釋後南下與中共會合，歷任中共江蘇省組織部長、福建省委書記、中華蘇維埃共和國糧食人民委員部委員，於中共長征時留在原地進行游擊戰。1935年，陳潭秋赴蘇聯參加共產國際第七次代表大會，任中共駐共產國際代表團代表，後留在蘇聯列寧學院研究班進修，也在莫斯科東方大學兼課。
1939年陳潭秋回國，化名「徐杰」擔任中共駐新疆代表；1942年9月，陳潭秋等人突遭盛世才逮捕，1943年9月27日，陳潭秋在迪化遭處決。由於消息不通，中共在1945年仍將陳潭秋選為中央委員。著有《回憶黨的第一次全國代表大會》、《陳潭秋文稿》等。