1902年考入福州全闽大学堂文科；1905年，18岁的林觉民返乡与陈元凯（字陶庵，光绪己丑科——1889年举人，获花翎四品衔，广东候补知县，未及出缺即爆发辛亥革命）之女陈意映成婚。两人育有长子林依新（又名伯新，9岁夭折）、次子林仲新，后由祖父林孝颖抚养。另为安慰年轻丧夫的陈意映，林家安排林觉民胞兄林元麐ㄌㄧㄣˊ（1881年-1956年11月，「麐」为「麟」之异体）次女林暖苏（1908年11月- 2001年12月）过继为女。

1907年毕业，考入日本庆应义塾大学文科攻读哲学；后参加同盟会；1911年得到黄兴、赵声通知，回国参加同盟会黄花岗起义，4月27日与方声洞等领先袭击总督辕门，受伤被捕，从容就义。遗体后被安葬在广州黄花岗，为黄花岗七十二烈士之一。
他在参加起义之前，给妻子陈意映留下一封著名的《与妻诀别书》[9]。台湾国立编译馆、中国大陆、香港，以及马来西亚华文独立中学，皆将《与妻书》收录为中学课文，以及李建复的歌曲《意映卿卿》齐豫的歌曲《觉（遥寄林觉民）》。
惟林妻因夫就义，早产生下遗腹子，两年后抑郁而终。
林觉民遗族乏人闻问，发生饿死惨剧。