2003年底，张子晨在电影学院联合毕业胶片作品《隔离世界》中饰演男一号周非 。2004年，仍在校的张子晨接拍了唐大年导演的20集电视剧《动什么,别动感情》，出演廖宇一角；同年出演
《谍战之特殊较量》中的吴洋。2005年，在电视剧《孽火》中饰曾继祖。
2006年出演《律政佳人之佳人当道》中江雨森一角。2007年，作为主演拍摄电视剧《爱是一颗幸福的子弹》 ，在《家事往事身边事》（原名《静静的栈桥》）中饰演林三强 ；并参与电影《请将我遗忘》的拍摄。2008年，在电视剧《天地有爱》中饰周正，2009年出演《秋霜》中王保卫一角 。2010年，参演电影《校园摇篮曲》 ，同年在电视剧《三十里铺》中挑战泡面头一角。
2012年参演电影《危险关系》 ，并出演电视剧《功夫乾隆》。
2015年出演话剧《武则天》和《一仆二主》。2016年参演山西重点抗战题材电影《下柳林》饰演张玉清。