2004年，参演个人首部电影《愚人码头》而正式出道。2006年，参演生活电影《激情年代》。2007年，参加“真维斯超级新秀”比赛并获总冠军。
2010 参加浙江卫视歌唱比赛《非同凡响》从而正式出道。
2011年，参演青春偶像剧《爱上查美乐》，饰演何言劭；8月份，参加中歌榜大型环保公益活动并演唱；同年参演都市偶像剧《命运交响曲》并饰演赵天佑；10月份，参与生态行动助力中国大型活动并演唱；11月份，参加浙江卫视的广电十周年台庆活动。
2012年，在青春偶像剧《姐姐立正向前走》中，饰演亨利；9月份，出席《时尚芭莎》设计行动发布酒会；10月份，参加北京时装周Alex Wang新品发布会；11月份，参加《时尚COSMO》美妆大典任嘉宾并出席《瑞丽伊人风尚》颁奖典礼。
2013年，参演都市时尚爱情电视剧《远得要命的爱情》，饰演李泰迪；同年在现代都市轻喜剧《我家有个赵大咪》中饰演高伦硕。
2014年，参演轻喜剧《我的美女老师》，饰演一名保安。
2016年10月7日，张伦硕作为“实习爸爸”，与黄致列、董力等一起参加综艺节目《爸爸去哪儿第四季》。
2017年，张伦硕嘉宾加盟《花漾梦工厂》第二季；同年参与录制湖南卫视金鹰卡通频道《爱上幼儿园》担任整季嘉宾，作为小朋友的幼导老师。
2018年，出演院线电影 《电话奇缘》担任男一；同年，出演院线电影《废柴老爸》饰演乔瑟夫，该片由王迅、拉丁小胖、何雄飞、张伦硕等人主演。