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》。