2005年,參演首部電視劇《玉卿嫂》,正式進入演藝圈。2006年,參演電視劇《真情無限之繼母》,飾演阿凡;同年自導自演話劇《和空姐同居的日子》。
2007年,參演話劇《艷遇》。2008年3月-2010年3月,與劉燁、袁泉聯袂主演由孟京輝執導的話劇《琥珀》。
2011年,與蔣雯麗、鄔君梅、梁靜聯袂主演都市情感電視劇《女人幫》,飾演從國外回來的都市型男葉平。
2012年5月,參與拍攝女性勵志劇《娘要嫁人》,飾演才華橫溢、富有情調的文藝青年戴世亮;9月,主演
年代戲《亂世書香》,飾演溫和儒雅,心地善良徐書成。
2013年3月29日,參演的喜劇電影《廚子戲子痞子》在全國上映;4月,在張涵予、劉燁、黃渤主演的電視劇《火線三兄弟》中飾演手段狠辣的特高課課長高木,該劇自4月27日登陸北京電視臺影視頻道后,單集最高收視逼近七個點,平均收視率接近六個點,獲得北京地區同時段收視冠軍。
2014年3月,主演的都市情感喜劇《一仆二主》在東方、深圳、山東、陜西四大衛視首播,劇中張魯一飾演極品博士男齊建軍。2014年10月四大衛視聯播的《紅色》則讓張魯一嘗到了走紅的滋味,扮演低調、內斂、謙卑的隱形男徐天,看似文弱,實際身懷絕技卻藏身弄堂大隱于市,顛覆以往抗日主旋律電視劇主角匪氣形象。而同時開播的《談判冤家》中,張魯一轉身成為了海歸總裁,帶給人不同以往的感覺。
2015年,張魯一還將有三部作品與大家見面。分別是劉進導演的《我的老婆大人是八零后》,路奇導演的《東方戰場》與高希希導演的《馬上天下》。主演諜戰大戲《麻雀》。