陳懷，合肥人。承襲父職為真定副千戶。永樂初年，他積功升到都指揮佥事。後随從平定安南，進升為都指揮使，管山西都司事務。他再次随從張輔擒拿安南賊簡定，又随從都督費王獻征讨涼州叛人虎保，都有功。仁宗即位後，他升為都督同知。
宣德元年(1426)，他取代梁銘為總兵官，鎮守甯夏。當時征伐交趾的官軍屢被打敗，诏令調發松潘軍去增援，将士們都害怕出行。千戶錢宏與衆人密謀，詐稱番人反叛，率兵搶掠麥匝等部落。番人非常害怕，遂造反。他們殺死指揮陳傑等人，攻陷松潘、疊溪，包圍威、茂等州。指揮吳玉、韓整、高隆相繼失敗，西陲騷然。诏令派鴻胪寺丞何敏、指揮吳玮前往招撫，而命陳懷統領劉昭、趙安、蔣貴率數萬人跟随他們之後。吳玮等人到達後，賊人不接受招撫。吳玮與龍州知州薛繼賢擊賊，收複了松潘。陳懷到達後，仍用吳玮為前鋒，遂收複了疊溪，降服二十餘寨，招撫複業者一萬二千二百餘戶，奪回被掠去的軍民二千二百餘人，事态平定了。陳懷進升左都督，獲掌大量的金币，而吳玮等人的功勞被廢去不錄。陳懷留下鎮守四川。他在鎮時驕縱不法，幹預地方行政事務，接受賄賂庇護罪人，侵奪屯田，鞭打折辱佥事柴震等人，多次被言官彈劾。皇上頒敕書斥責他，又将禦史王禮彈劾他的奏章拿給他看。陳懷引罪上奏。皇上置而不問。
六年(1431)，松潘的勒都、北定等部落以及空都、龍溪等寨的番人又反叛。陳懷遣兵前往，但戰敗，指揮安甯等有百餘人死難。陳懷于是親自督軍深入，攻破革兒骨寨，進而攻打空郎的乞兒洞。賊人失敗，被斬首和墜崖而死者無數。革兒骨之賊又聯合生苗激戰，陳懷将他們擊敗，剿殺殆盡。于是任昌、牛心等寨番人聞風請降，群寇全被掃平。後來，巡撫禦史和按察使又上奏說“：陳懷行事超越本份。每天早上，他令三司官員分班而立，有事要跪下彙報。陳懷中間落座，稱旨行遣，而且每天荒于酒，不整治邊備，緻使城寨失陷。”宣宗大怒，将陳懷召回，命文武大臣審問，論罪當斬。将他投進都察院監獄，寬免死罪，撤除他的職務。
正統二年(1437)，他以原官鎮守大同。當時北人來朝貢者每天要供給膳食，這成為軍民的沉重負擔。陳懷向朝廷彙報，得以減省。兩年之後，他因年老被召回，受命管理中軍都督府事務。九年春，他與宦官但住出古北口，征讨兀良哈。回來後與馬亮等人一同受封，陳懷得封平鄉伯。十四年，扈從聖駕北征，死于土木堡。贈侯爵，谥忠毅。