1981年，担任动作惊悚电影《边缘人》的助理导演。1989年，执导个人首部电影《我老婆不是人》。1993年，执导由梁朝伟、罗美薇合作主演的爱情电影《情人知己》。

1994年，执导由陈小春、陈国邦等共同主演的剧情电影《点指兵兵之青年干探》；同年，与陈可辛联合执导剧情电影《晚9朝5》，该片由陈豪、张睿羚、陈小春联袂主演。1996年，担任动作电影《黑侠》的编剧。

1997年，执导由陈小春、金城武共同主演的动作电影《神偷谍影》，该片讲述了高科技商业间谍组织一伙人被警方邀请被迫去偷取英镑伪钞电模版发生的故事。1999年，执导由吴彦祖、甘国亮、周华健联袂主演的动作电影《紫雨风暴》，该片入围第19届香港电影金像奖最佳影片奖，他凭借该片入围第36届台湾电影金马奖最佳导演奖。

2001年，执导由成龙、徐若瑄搭档主演的动作喜剧电影《特务迷城》。2003年，与陈果等联合执导剧情电影《1:99电影行动》。2005年，执导由刘德华、莫文蔚、黄日华联袂主演的奇幻电影《童梦奇缘》，该片获得第11届香港电影金紫荆奖年度十大影片奖。

2009年，执导由甄子丹、王学圻、谢霆锋联合主演的动作电影《十月围城》，该片获得第29届香港电影金像奖最佳影片奖，他凭借该片获得第29届香港电影金像奖最佳导演奖。2014年，执导动作电影《一个人的武林》，该片讲述了武术教头夏侯武遭遇武痴封于修挑战，在香港武林掀起血雨腥风的故事，他凭借该片入围第6届澳门国际电影节最佳导演奖，获得第3届伦敦国际华语电影节最佳导演奖。

2016年4月6日，陈德森当选第6届北京国际电影节“天坛奖”评委。2018年，执导根据同名游戏改编的动作冒险电影《征途》。2020年10月，担任第七届重庆青年电影展竞赛单元终审评委。

2021年4月，担任喜剧电影《人生如戏》监制。