2005年，出演赵宝刚导演的《给我一支烟》，并首次担任主角，凭借舞女“叶子”走到了观众面前。
2006年，客串了喜剧片《武林外传》饰演小青，同年与王志文、王志飞、吕凉、童瑶出演了由导演郭靖宇的《龙虎人生》，饰演何雪珍。
2007年，携手李晨出演《五月的鲜花》，首次出演单亲妈妈“谢雨”，同年出演《无处安放的青春》中，凭借率性而为的杜晓彬获得了2007年潜力红人奖。
2008年，出演《爱是一颗幸福的子弹》、《小家大事》，这些角色为其打下了坚固的观众基础。
2009年，主演《苏菲的供词》，首次饰演女间谍的张歆艺，大胆挑战了自己的演技。
2010年，携手廖凡、胡可共同主演电视剧《风声传奇》，身为青年演员的她顶着压力挑战周迅塑造过的经典形象顾晓梦一角，她以两种不同的花恰如其分地比喻自己在剧中的角色特点。
2011年，同贾乃亮一同参演《新拿什么拯救你，我的爱人》，有她饰演的“罗晶晶”让人眼前一亮；同年还客串剧版《失恋33天》。
2012年，凭借热播剧《北京爱情故事》中爽朗率性的“夏姑娘”林夏一角而人气高涨。同年，主演杨树鹏指导的电影《匹夫》，受到更多的关注。2012年“80后新生代娱乐大明星”评选活动中，张歆艺被评选为内地新“四小花旦”（与杨幂、刘诗诗及白百何）之一。
2013年，携手陈宝国、斯琴高娃主演《大宅门1912》，饰演“路青青”，让人耳目一新。同年出演张国立自导自演电视剧《老公的春天》，获收视女王的称号。
2014年，主演电视剧《新闺蜜时代》，在剧中获众多时尚品牌赞助的张歆艺，掀起国产电视剧的时尚风潮。同年出演电视剧《甜蜜都市》、《裁剪爱情》、《绝爱》、《解忧公主》。
2015年，与黄磊合作都市情感剧《恋爱从离婚开始》，3月8日，电视剧《三个奶爸》在京举行发布会。导演刘恺携李晨、张歆艺、陈赫、张萌、田雷、李倩等众主创首次集结亮相。8月20日，由刘江执导，张静初、袁弘、张晞临、秦岚、明道、张歆艺等多位高颜值当红明星加盟主演的都市情感偶像剧《咱们相爱吧》在北京举行开机仪式，该剧将于2016年11月7日登陆湖南卫视金鹰剧场播出。
张歆艺媒体评价：
有人把演员分为两派，偶像派和实力派。偶像派易红，实力派易久。张歆艺从出道就很文艺，热衷于（也成功地）创造不同的角色，而她偏偏又有一张偶像的脸。所以我以前就猜她会走红，我猜她会走得长远。（海岩评价）
“演戏很拼，很努力。”（华谊投资的影视剧很少找其他公司的演员，可是电视剧《风声传奇》中的顾小梦，却由“非华谊”演员张歆艺出演。）（导演董志强评价）
