2000年，張定涵與陳寶國、何賽飛、斯琴高娃合作出演家庭倫理劇《大宅門》，飾演楊九紅的女兒白佳莉，而這也是她的首部影視劇作品。
2002年，出演周曉文執(zhí)導(dǎo)的古裝傳奇劇《大腳馬皇后》，飾演朱元璋的妃子宋敬妃，而這也是張定涵首次嘗試古裝扮相；同年，她還出演了張進(jìn)戰(zhàn)執(zhí)導(dǎo)的年代情感劇《古城童話》。
2003年，搭檔賈一平主演劇情片《大地起舞》，而這也是張定涵的首部電影作品；隨后，她還出演了高群書執(zhí)導(dǎo)的現(xiàn)代反腐劇《1.2億》；12月，與蘇有朋、蔡琳、趙雅芝合作出演古裝武俠劇《楊門虎將》，在劇中飾演溫柔可愛，心靈手巧的楊楚楚。
2004年，搭檔寇世勛主演的家庭倫理劇《別在夢醒之前離開我》播出，飾演仲文的女友墨莉；5月，出演沈雷執(zhí)導(dǎo)的懸疑商戰(zhàn)劇《天下奇謀》播出；7月，與馬景濤、寧靜、胡靜合作出演古裝神話劇《魔界之龍珠》，飾演活潑可愛，古靈精怪的富家小姐上官飛燕。
2005年，與孫紅雷、寇世勛合作出演年代抗戰(zhàn)劇《刀鋒1937》播出，飾演上海灘惡勢力把持者虞中和的養(yǎng)女虞家茵。2007年，出演汪濤執(zhí)導(dǎo)的親情劇《非親父子》，飾演愛恨分明的王若瑄。
2009年4月，與李宗翰、涓子、何建澤等合作出演王小康執(zhí)導(dǎo)的家庭倫理劇《婚后三十年》，在劇中飾演性格潑辣，個(gè)性爽朗，刁蠻驕橫的女一號蘇蕾；12月，在康寧執(zhí)導(dǎo)的年代情感劇《那些年那些事》中，飾演溫文爾雅、秀麗大方的美女知青韓可可。
2010年，張定涵主演陳浩威執(zhí)導(dǎo)的年代抗戰(zhàn)劇《斷箭》，飾演上海黑幫老大的女兒龍美君；9月，在賴水清執(zhí)導(dǎo)的年代愛情劇《再見艷陽天》中飾演軍中護(hù)士丁敏。2012年7月，與鐘漢良、陳楚河、張檬合作主演古裝武俠愛情劇《天涯明月刀》在湖南衛(wèi)視播出，在劇中飾演武林第一女諸葛，云天之巔的妙風(fēng)使者明月心，該劇不僅收視率屢次破二，網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)擊更是超過7億次，創(chuàng)下多個(gè)視頻網(wǎng)站電視劇播放量新紀(jì)錄；同年，出演齊星執(zhí)導(dǎo)的年代抗戰(zhàn)劇《光榮大地》。2013年，張定涵領(lǐng)銜主演張輝力執(zhí)導(dǎo)的古裝武俠劇《新甘十九妹》，在劇中飾演心智過人、武功高超、重情義、遵師命的甘十九妹。
2014年，在范冰冰、張豐毅、李治廷主演的古裝傳奇劇《武媚娘傳奇》中，張定涵一人飾演兩個(gè)不同類型的角色，一個(gè)是賢良淑德，高貴大氣的長孫皇后，另一個(gè)則是小家碧玉，楚楚動(dòng)人的鄭婉言。
2015年7月28日，與陳志朋領(lǐng)銜主演的愛情喜劇片《等愛歸來》上映，在片中飾演聰明勇敢的文物鑒定家李晉楠。2016年，與孫堅(jiān)、何琢言、海峰合作出演諜戰(zhàn)劇《守衛(wèi)者》，飾演國安局偵查處副處長景蕓 。
2017年2月23日，張定涵參加鳳凰網(wǎng)直播欄目《大咖駕到》的錄制；隨后，與徐少強(qiáng)，李抒航合作出演古裝愛情片《片甲不留》；5月，與許亞軍、王琳合作主演都市情感劇《小重逢》，在劇中飾演甜美可人的美食節(jié)目主持人田天。8月，參演改編自匪我思存的同名小說的電視劇《東宮》，與先生王志飛及演員斯琴高娃 陳星旭 魏千翔等合作，飾演為權(quán)謀私 腹黑的張皇后。
2018年7月，進(jìn)組拍攝年代劇《一身孤注擲溫柔》，飾演虞夫人。
2019年9月26日，與景甜、張彬彬合作出演的電視劇《司藤》開機(jī)。
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