1995年，张嘉译与胡亚捷合作电视剧《道北人》出演张建国 。2000年，从西安返回北京，2001年，在电视剧《帕米尔医生》中饰演支边医生吴天云。
2004年，张嘉译参演《国家使命》 。2006年11月，参演电视剧《半路夫妻》出演有点儿窝囊的乘警江建平。2007年，在电视剧《国家形象》中出演缉毒警察，饰演公安部门五人重案组负责人赵刚。2012年1月，主演的谍战剧《悬崖》登陆东方卫视、黑龙江卫视和天津卫视，张嘉译饰演周乙，与咏梅扮演一对“潜伏”的真实夫妻，张嘉译除了出演男主角，还担任艺术总监；5月，与吴秀波、海清合作医疗题材电视剧《心术》饰演刘晨曦；9月，参演公安题材电视剧《营盘镇警事》，出演基层派出所所长范党育。同年，凭借《营盘镇警事》《悬崖》《心术》获得第15届中国电影华表奖、第29届中国电视剧飞天奖颁奖典礼的“优秀男演员”奖。
2013年，张嘉译与妻子王海燕、吴秀波合作电视剧《结婚的秘密》饰演的海归高富帅关浩天。2013年8月，张嘉译同闫妮、江疏影等主演都市情感剧《一仆二主》，饰演安分守己的中年大叔“杨树”，该剧于2014年3月19日首播，就占据了卫视电视剧收视排行榜冠军，创造了2014年最高收视率2.387%，截至4月3日，网上播放量累积超过7亿次，截至4月7日，网络播放量11.6亿，截至5月24日，网络播放量20.48亿，踏入20亿俱乐部。
2014年1月，跨年代情感剧《爷们儿》海口开机，张嘉译在剧中饰演空军机械师李国生一角 。2014年3月，张嘉译与妻子王海燕合作，主演电视剧《幸福双黄线》；4月4号，与胡彦斌担任韩磊《我是歌手2》的帮唱嘉宾。5月，张嘉译携手刘涛、
聂远、姬他等主演电视剧《花红花火》。9月7日，《我的老婆大人是八零后》在上海开机，剧中饰演60后冰山大叔董靖晖。