陈直出生于一个贫困的读书人家庭。在家庭的影响熏陶下，他自少年时代便“尤喜治秦汉史”。从13岁起，即系统研读《史》《汉》，以后每二年必通读一次，相沿为习。为了糊口，17岁的陈直到扬州宜之斋碑店当学徒，后又做家庭教师、县志编辑、义务教员等。在紧张劳作之余，自学不辍。24岁时，撰成《史汉问答》二卷，39岁前刊行的著作有《楚辞大义述》、《楚辞拾遗》、《汉晋木简考略》、《汉封泥考略》、《列国印制》、《周秦诸子述略》、《摹庐金石录》等多种。其中不少受到国内外学界的好评。如《汉晋木简考略》，1934年一出版即流布海外，为学人所瞩目。再如他26岁时写成的《楚辞拾遗》，与洪兴祖、戴震等鸿儒巨匠的著作并列，为研究楚辞的必读之书。此外著有的《朱育对濮阳兴问较注》、《东坡词话》、《慈萱室骈文》及诗集因条件限制，未能刊印。另又对古代货币进行研究，著《列国币考》，并参与了由丁福保主编的《古钱大辞典》的撰写工作。

抗日战争爆发后，他断然拒绝了敌伪的封官许愿。于1940年逃离沦陷区，绕道香港，经昆明、贵阳、成都，最后抵达陕、甘。为谋生计，先后在兰州、西安等地金融机构中供职，从事与学术毫无关系的文牍工作。他因地制宜，充分利用关中为秦地故都的地理优势，致力于收集整理秦汉瓦当、货币、玺印、陶器等文物，作为研究秦汉历史的资料。他以学者的敏锐目光，从古董商手中挽救保护了许多稀世国宝，仅陶器就收藏200余件。其中如居摄二年陶瓶、咸里高昌陶鼎、永承大灵瓦、羽阳千秋瓦、天毋极瓦范、苏解鸟陶器盖、野鸡范、大前右足范、杨字板范、萧将军府瓦片等，皆为罕见之珍品。

1949年后经著名学者、教育部长马叙伦推荐，由西北大学校长侯外庐邀请，他自1950年开始执教于西北大学历史系，从此才得以集中精力从事学术研究。1955-1966年间，是他科研大丰收的时期，200余万字的学术巨著《摹庐从书》、百余篇学术论文，主要完成于此期间。1963-1964年，他应著名学者翦伯赞及佟冬的邀请，分别赴北京大学和东北文史演技所讲学。中华书局委托西北大学历史系标点《汉书》，他任总编校，另与冉昭德共同主编《汉书选》，作为全国高校历史专业史学名著选读课程教材。

“文革”期间，陈直的研究工作被斥为“四旧”而遭受批判。在险峻的政治形势下，其家境亦因老伴不幸去世而急剧恶化。面对各种压力，他以惊人的毅力，在极其困难的条件下，默默地开始修订旧稿的工作，并把全部文稿亲手用毛笔抄写了四份，整个工程在1000万字以上，从而给后人留下了一份丰厚的文化遗产。

粉碎“四人帮”以后，陈直虽年近八旬高龄，但却以极大的热情，把主要精力用于培养研究生及指导中、青年教师业务进修方面。直到谢世前一刻，他还在为以为研究生解答问题，真正做到了“鞠躬尽瘁，死而后已”。

陈直治学，师承清代朴学的传统，同时也深受王国维近代考据学二重证据法的影响，既重要文献资料、亦重考古资料，提出了“使文献和考古合为一家”，“使考古为历史服务的”学术主张，并大力倡导“搞人民史”，“搞手工业史”。特别是在扩大资料来源方面，他独辟蹊径，别开生面，把人们不太注意的瓦当、砖文、玺印、封泥、货币、钱范、铜镜、陶器、漆器等寻