2009年，张馨予担任世界杯足球宝贝，并拍摄了多个网游广告，开始受到大众关注 ；同年，她在情景剧《青春进行时》中饰演了海归女孩张珍妮 。
2010年，首次触电大银幕，参演由冯小刚执导的爱情喜剧电影《非诚勿扰2》，在片中饰演热心环保事业的美女明星馨予 。
2011年2月，与刘涛、陈楚河联袂主演都市爱情剧《钱多多嫁人记》，在剧中饰演生活富足但并不快乐的蒋依依 ；4月，在爱情喜剧电影《宅男总动员：女神归来》中饰演像雪花一样浪漫单纯的女孩赵敏 ；8月，主演时尚爱情剧《夏日恋神马》，在剧中饰演男孩们的梦中女神小予 ；11月，搭档吴刚主演剧情片《不怕贼惦记》，在片中饰演年轻貌美的女骗子青花，该片入围第24届东京国际电影节亚洲之风单元 ；12月，在由徐克执导的3D武侠电影《龙门飞甲》中饰演了千娇百媚却心如蛇蝎的万贵妃 。
2013年7月，在由唐季礼监制的古装历史剧《精忠岳飞》中饰演能文能武的抗金女英雄梁红玉 ；8月，主演爱情喜剧电影《粉红女郎·爱人快跑》，在片中饰演成天只想着工作的“男人婆”一角 ；10月，在医疗剧《到爱的距离》中饰演遭到舆论恶意攻击的女孩许楠；11月，搭档韩栋主演古装剧《鹿鼎记》，在剧中饰演颇具魄力和智慧的苏荃 ；12月，与钟汉良合作主演金庸武侠剧《天龙八部》，在片中饰演丐帮副帮主马大元的妻子康敏 。
2014年1月，主演古装神话剧《封神英雄榜》，在剧中一人分饰两角，分别扮演温婉善良的大家闺秀苏妲己和妖娆魅惑的九尾狐胡仙儿，凭借该剧获得第17届华鼎奖古装剧最佳女主角奖提名 ；12月，与陈晓、陈妍希共同主演武侠剧《神雕侠侣》，在剧中饰演小龙女的师姐赤练仙子李莫愁 ；随后，在古装剧《武媚娘传奇》中饰演专横跋扈、宠冠后宫的萧淑妃 。
2015年，与李佳航搭档主演都市励志剧《奋囧》，在剧中饰演努力备战公务员考试的女孩顾阡陌 ；同年，在时装剧《只因单身在一起》中饰演出生贫寒却力争上游的女强人林曼妮 。
2016年2月，在古装爱情剧《班淑传奇》中饰演没落宗室之女刘萱 ；3月，与马可、徐海乔联袂主演悬疑爱情剧《重生之名流巨星》，在剧中饰演个性爽朗的小天后柳艺 ；7月，与朱一龙搭档主演武侠剧《新边城浪子》，在剧中饰演武林第一美女马芳铃 ；8月，主演动作喜剧电影《魔卡行动》，在片中饰演个性独立且精通多国语言的女主角李菲菲[29-30] ；9月，受邀参加第72届威尼斯国际电影节，以一身人鱼公主造型亮相开幕式红毯，被意大利版《VOGUE》称为“本届电影节红毯最佳造型之一” 。
2018年1月，特别出演的古装权谋剧《凤囚凰》播出，在剧中反串饰演了飘逸俊朗、富有谋略的琅琊王氏公子王意之 ；2018年5月，成为Thanmelin梵蜜琳品牌代言人 。
2019年，参演古装言情剧《小女花不弃》，在剧中饰演女主角花不弃的母亲薛菲 ；
2020年2月18日，出演的电视剧《完美关系》正式播出，在剧中饰演裴瑜； 5月，出演都市励志剧《幸福，触手可及！》，在剧中饰演周放的闺蜜秦清 。10月9日，参演节目《火星情报局第五季》播出 。
2021年1月21日，加盟《乘风破浪的姐姐第二季》 ；3月，参与《芒果酱问大明星》 ；4月13日，主演的中国首部火箭军题材电视剧《号手就位》开播，在剧中饰演心理医师黄文一角 ；姐姐成团夜上，张馨予、宣璐、董洁《礼仪之邦》的舞台，美出了新天地。 10月，参加的中国青年报·中青在线与大同市委网信办共同出品的微综艺《中国吸引力·世界大同篇》上线 ；11月9日，参与录制的红色之路探险体验纪录片《勇敢者的征程》在腾讯视频上线 。
2021年11月，参与由《反贪风暴》系列导演林德禄执导的缉毒题材动作大片《隐秘世界》正式杀青。
张馨予是很多人心中的梦中情人，尽管其性感形象早已深入人心，她却始终在演艺路上求新求变，在多部影片中的表演都获得了不俗评价（新浪娱乐评） 。
张馨予除了拥有很高人气外，对人物的精准把握和日臻成熟的精彩演技，都让她成为了古装玄幻剧中女主角的不二人选。她的古装扮相很美，而现代装则充满时尚活力，能够很好地完成角色在古今之间的转换（中国青年网评）。
名誉侵权案
2014年9月12日，历时两年的张馨予“名誉侵权案”终于有了定论。被告夏萨沙于2014年9月12日在《法制日报》刊登了一则道歉声明，声明中表示：“2012年7月他在未经证实的情况下，对张燕女士（艺名张馨予）发表了不负责任的言论，使当事人精神上受到很大打击，在此深表歉意并希望得到谅解” 。官司所得赔款全部捐献给慈善机构，捐给需要帮助的人。
毯星
2015年5月18日，王思聪转发一条讽刺走红毯女星的微博，并称：“如毯星某冰某予，除了根本无作品和不会演戏的硬伤，火起来主要靠绯闻水军话题和炒作。”5月20日凌晨，“疑似”当事人的范冰冰、张馨予对此言论分别进行了回应 。
