2007年，張馨予參演古裝劇《大旗英雄傳》，正式出道。2009年，張馨予擔任世界杯足球寶貝，并拍攝了多個網游廣告，開始受到大眾關注；同年，她在情景劇《青春進行時》中飾演了海歸女孩張珍妮。
2010年，張馨予首次觸電大銀幕，參演由馮小剛執導的愛情喜劇電影《非誠勿擾2》，飾演熱心環保事業的美女明星馨予。
2011年2月，張馨予與劉濤、陳楚河聯袂主演都市愛情劇《錢多多嫁人記》，飾演生活富足但并不快樂的蔣依依。4月，在愛情喜劇電影《宅男總動員：女神歸來》中飾演像雪花一樣浪漫單純的女孩趙敏。8月，主演時尚愛情劇《夏日戀神馬》，飾演男孩們的夢中女神小予。11月，搭檔吳剛主演劇情片《不怕賊惦記》，飾演年輕貌美的女騙子青花，該片入圍第24屆東京國際電影節亞洲之風單元。12月，她在由徐克執導的3D武俠電影《龍門飛甲》中飾演了千嬌百媚卻心如蛇蝎的萬貴妃。
2012年1月，張馨予搭檔郭德綱主演喜劇電影《車在囧途》，飾演懂事體貼的鄰家女孩伊容。8月，她與張柏芝、小沈陽合作主演古裝喜劇電影《河東獅吼Ⅱ》，飾演身手不凡、對愛情很執著的劉香。
2013年7月，張馨予在由唐季禮監制的古裝歷史劇《精忠岳飛》中飾演能文能武的抗金女英雄梁紅玉。8月，她主演愛情喜劇電影《粉紅女郎·愛人快跑》，飾演成天只想著工作的“男人婆”一角。10月，她在醫療劇《到愛的距離》中飾演遭到輿論惡意攻擊的女孩許楠。11月，她搭檔韓棟主演了古裝劇《鹿鼎記》，飾演頗具魄力和智慧的蘇荃。12月，她與鐘漢良合作主演金庸武俠劇《天龍八部》，飾演丐幫副幫主馬大元的妻子康敏。
2014年1月，張馨予主演古裝神話劇《封神英雄榜》，在劇中一人分飾兩角，分別扮演溫婉善良的大家閨秀蘇妲己和妖嬈魅惑的九尾狐胡仙兒，憑借該劇獲得第17屆華鼎獎古裝劇最佳女主角獎提名。12月，她與陳曉、陳妍希共同主演武俠劇《神雕俠侶》，飾演小龍女的師姐赤練仙子李莫愁；隨后，她在古裝劇《武媚娘傳奇》中飾演了專橫跋扈、寵冠后宮的蕭淑妃。
2015年，張馨予與李佳航搭檔主演都市勵志劇《奮囧》，飾演努力備戰公務員考試的女孩顧阡陌。同年，她還在時裝劇《只因單身在一起》中飾演了出生貧寒卻力爭上游的女強人林曼妮。
2016年2月，張馨予在古裝愛情劇《班淑傳奇》中飾演沒落宗室之女劉萱。3月，她與馬可、徐海喬聯袂主演懸疑愛情劇《重生之名流巨星》，飾演個性爽朗的小天后柳藝。7月，她與朱一龍搭檔主演武俠劇《新邊城浪子》，飾演武林第一美女馬芳鈴。8月，她主演了動作喜劇電影《魔卡行動》，飾演個性獨立且精通多國語言的女主角李菲菲。9月，她受邀參加第72屆威尼斯國際電影節，以一身人魚公主造型亮相開幕式紅毯，被意大利版《VOGUE》稱為“本屆電影節紅毯最佳造型之一”。
2017年，張馨予與徐海喬再度合作，主演玄幻劇《昆侖闕之前世今生》，飾演經歷宿世姻緣的靈惜。同年她與馬可、喬振宇聯袂主演古裝傳奇劇《思美人》，飾演敢愛敢恨的楚國奇女子莫愁女。
同年，與何潤東、朱一龍共同主演了古裝懸疑情感大劇《花謝花飛花滿天》，在劇中飾演謝家千金謝千尋。此外，她還參與錄制了湖南衛視原創軍旅成長勵志特別節目《奇兵神犬》，與楊爍、沙溢、張大大、姜潮組建明星訓犬隊，也是通過該節目初識丈夫何捷。
2018年1月，張馨予特別出演的古裝權謀劇《鳳囚凰》播出，她在劇中反串飾演了飄逸俊朗、富有謀略的瑯琊王氏公子王意之。
2018年5月，張馨予成為Thanmelin梵蜜琳品牌代言人。
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