2004年，參演個人首部電影《愚人碼頭》而正式出道。2006年，參演生活電影《激情年代》。2007年，參加“真維斯超級新秀”比賽并獲總冠軍。
2010 參加浙江衛視歌唱比賽《非同凡響》從而正式出道。
2011年，參演青春偶像劇《愛上查美樂》，飾演何言劭；8月份，參加中歌榜大型環保公益活動并演唱；同年參演都市偶像劇《命運交響曲》并飾演趙天佑；10月份，參與生態行動助力中國大型活動并演唱；11月份，參加浙江衛視的廣電十周年臺慶活動。
2012年，在青春偶像劇《姐姐立正向前走》中，飾演亨利；9月份，出席《時尚芭莎》設計行動發布酒會；10月份，參加北京時裝周Alex Wang新品發布會；11月份，參加《時尚COSMO》美妝大典任嘉賓并出席《瑞麗伊人風尚》頒獎典禮。
2013年，參演都市時尚愛情電視劇《遠得要命的愛情》，飾演李泰迪；同年在現代都市輕喜劇《我家有個趙大咪》中飾演高倫碩。
2014年，參演輕喜劇《我的美女老師》，飾演一名保安。
2016年10月7日，張倫碩作為“實習爸爸”，與黃致列、董力等一起參加綜藝節目《爸爸去哪兒第四季》。
2017年，張倫碩嘉賓加盟《花漾夢工廠》第二季；同年參與錄制湖南衛視金鷹卡通頻道《愛上幼兒園》擔任整季嘉賓，作為小朋友的幼導老師。
2018年，出演院線電影 《電話奇緣》擔任男一；同年，出演院線電影《廢柴老爸》飾演喬瑟夫，該片由王迅、拉丁小胖、何雄飛、張倫碩等人主演。
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