2010年张馨予参演首部电影作品《非诚勿扰2》,在影片中出演艺人馨予一角。据张馨予本人透露,能够接到冯小刚的邀约非常意外,两人也仅是在一次红毯上有一面之缘。原以为自己在表演的时候压力会很大,但到了片场和导演、演员接触之后完全打消了这样的顾虑。
2011年张馨予开始频频亮相大银幕,由其主演和参演的电影《宅男总动员》、《不怕贼惦记》、《龙门飞甲》、《夏日恋神马》于2011年上映。《车在囧途》、《家办喜事》、《河东狮吼》等四部电影也正在拍摄中。
2013年张馨予在电影《粉红女郎》中出演“男人婆”的角色。 同年,在由唐季礼监制,鞠觉亮导演的中国国产历史电视连续剧《精忠岳飞》中饰演抗金女英雄梁红玉一角,诠释了一位能文能武,琴棋书画样样精通,排兵布阵不在话下的巾帼英雄形象。在赖水清担任总导演,改编自金庸同名小说《天龙八部》中饰演丐帮副帮主马大元之妻康敏。在宁财神编剧的电视剧《龙门镖局》中客串出演杨思维一角。在由山东影视集团(山东电影电视剧制作中心)出品的电视剧《到爱的距离》中饰演许楠一角。
2015年与李佳航合作的电视剧《奋囧》 播出,在剧中饰演女主角顾阡陌。由湖南芒果娱乐有限公司出品时装剧《只因单身在一起》中饰演女强人林曼妮一角。2月17日,参加央视网络春晚年会现场,同胡夏演唱歌曲《问世间》。
2015年参演”文隽监制的电影《魔卡行动》,饰演女主角李菲菲一角。 并于同年9月,受邀参加第72届威尼斯电影节。
2015年8月入围第17届华鼎奖古装剧最佳女主角提名。
2015年4月27日,张馨予正式代言畅游移动多职业无限制3D ARPG动作手游《大唐双龙传》。 同年6月,代言趣游时代2015年度3D暗黑仙侠作《佛本是道》。
2015年10月14日,张馨予代言9377平台旗下的即时战斗网页游戏《皇图》。
2015年10月16日宣布代言游族网络发行的手机游戏《超时空机战》。