汉族。1936年2月加入中国共产党并参加革命工作，高中学历。
1936年至1938年任东北佳木斯地下党支部组织委员、支部书记。
1938年至1942年任东北抗日联军第六军政治部组织科科长、宣传科科长，第六军二师政治部负责人，游击队队长。
1942年至1945年任苏联国际红军八十八旅三营六连副连长、一营党支部宣传员、政治教员，苏联红军绥化卫戊区副司令员。
1945年至1949年任中共黑龙江绥化中心县委书记，龙南纵队政治委员，黑龙江警卫一旅政治委员，龙南专署专员，中共西满第三地委副书记兼两满军区第三军分区副政治委员，中共黑龙江省委秘书长，中国新民主主义青年团黑龙江省委书记。
中华人民共和国成立后，任中共黑龙江省委秘书长(至1952年5月)，青年团黑龙江省委书记(至1950年6月)。
1950年5月至1953午4月任黑龙江省总工会主席。
1952年4月至1953年12月任黑龙江省人民政府副主席，1953年12月至1954年7月任黑龙江省人民政府主席，其间：1952年6月起任中共黑龙江省委常委。1954年7月至1958年9月任中共黑龙江省委常委，其间：1954年12月至1957年9月任省委基建部部长。
1956年7月至1958年1月任黑龙江省委工业部部长，1958年1月至9月任黑龙江省委第一工业部部长。1955年4月起任黑龙江省人民委员会第三办公室主任。
1958年9月至1960年12月任中共黑龙江省委常委、黑龙江省副省长兼省经济委员会主任(1958年11月起)。
1960年12月至1966年1月任中共黑龙江省委书记处候补书记，1966年1月至1967午1月任中共黑龙江省委书记处书记；
1960年12月至1967年1月任黑龙江省副省长兼省计划委员会主任(至1965年7月)。1966年至1976年“文化大革命”中受迫害。
1976年至1977年为哈尔滨轴承厂基教工作队队员、党支部副书记。1977年起任黑龙江省建设委员会主任。
1977年12月至1979年12月任黑龙江省革委会副主任。1978年2月至1985年5月任中共黑龙江省委书记(当时设有第一书记)、副书记，1979年12月至1985年5月任黑龙江省省长。
1985年5月至1988年6月任中共黑龙江省顾问委员会主任。1988年离休。中共第十二届中央委员，中共十三大当选为中央顾问委员会委员。
2006年12月5日陈雷同志因病于在哈尔滨逝世，享年89岁。
11日上午，原中共中央顾问委员会委员、中共黑龙江省委原副书记、黑龙江省人民政府原省长、原中共黑龙江省顾问委员会主任陈雷同志遗体告别仪式在哈尔滨天河园殡仪馆举行。近千名干部、群众一大早就赶来，深切悼念这位中国共产党优秀党员、久经考验的忠诚的共产主义战士。
