二甲七名中进士，入翰林院为庶吉士，不久改任刑部主事，后升任员外郎。十年（1860年），丁忧回乡，主讲高文书院，之间曾入曾国藩幕。同治二年（1863年），陈兰彬丁忧期满，回刑部任职。不久因黄河决口，赴大名府赈灾，写出《治河刍言》8卷。后任江南制造局上海广方言馆总办。同治九年（1870年），在曾国藩的推荐下，以太常寺正卿衔被任命为留美学生委员，会同副委员容闳制定了《挑选幼童前赴泰西肄业章程》十二条。同治十一年（1872年），陈兰彬率领从广方言馆毕业生中挑选出来的30名幼童赴美国留学。次年，受命前往古巴调查华