莞县城家中。五岁启蒙，六岁时，其父故交、学者陈澧主讲东莞石龙的龙溪书院，陈伯陶拜陈澧为师，后来其经学词章受陈澧影响颇大。十岁，通晓五经。 光绪元年（1875年）中秀才， 光绪五年（1879年）中解元（广东乡试考取第一名）。 光绪十八年（1892年）壬辰科殿试高中一甲第三名（探花）, 赐进士及第，任翰林院编修、文渊阁校理、武英殿协修等职。光绪二十一年（1895年），陈伯陶外派往云南、贵州、山东出任乡试副考官。光绪二十六年（1900年）八国联军攻陷天津，陈伯陶携眷返回东莞安顿妥当后，随即赶赴西安追随慈禧