2007年,搭档陈瑾、张嘉译参演家庭伦理剧《前妻回家》,饰程梓轩。
2008年10月,加盟孙文学执导的年代谍战剧《勇者无敌》,饰军参谋长田单;12月,领衔主演郑晓龙执导的都市轻喜剧《我是老板》,饰邓远。
2009年6月,搭档海清主演生活情感作品《鲜花朵朵》,饰三女婿高舰艇;同年,出演公安题材作品《缉毒先锋》,饰毒枭范建;随后,在反腐剧《大爱无言》中饰公安局长包成汉。
2010年1月,搭档林永健、何赛飞参演家庭伦理剧《老马家的幸福往事》,饰肖秘书;同年,出演国产谍战剧《黎明之前》,并在28届中国电视剧飞天奖上获得最佳电视剧二等奖。
2011年4月,参与刘江执导的抗日战争剧《乱世三义》,饰谷仁义;5月,加盟王志飞主演的悬疑剧《攻心》,饰军政会主任刘安国;6月,拍摄惠楷栋执导的公安题材作品《缉毒精英》,饰反派甘健;11月,参与家庭伦理剧《告诉我你爱我》的拍摄,饰齐振华。
2012年1月,搭档唐嫣、罗晋主演内首部动作偶像谍战剧《X女特工》,饰高义山;6月,搭档沙溢、罗海琼主演谍战剧《错伏》,饰特工刘福林。
2013年10月,加盟罗晋、吕一主演的谍战剧《爸爸父亲爹》,饰天津警察局局长季明宇。
2015年1月,主演电视剧《午夜蝴蝶》,饰演一位民国的花花公子。6月,张晞临与张嘉译倪大红主演《后海不是海》,在剧中饰演片警王响晴,获得观众的一致好评,他与二哥张嘉译和大哥倪大红三人间的情义考验,成为本剧最大的亮点。客串都市爱情电影《剩者为王》,饰演一位大老板。8月,在都市情感偶像剧《咱们相爱吧》中饰演饰演一位成功的商人“康乔”;11月29日起,都市情感轻喜剧《私房钱》在河南卫视星光剧场和各网络平台播出,张晞临饰演凤凰男庄毅。
2016年,参演大型现实主义政治题材剧《人民的名义》,饰演大风厂老板蔡成功。
2017年11月7日,参加以“新时代之梦”为主题的第五届亚洲微电影艺术节“金海棠奖”颁奖典礼,并凭《玉兰街八号》获得最佳男演员奖。
2019年5月7日,参演的缉毒题材剧《破冰行动》在爱奇艺播出。8月26日出演年代大剧《老酒馆》;10月22日,与祁圣翰、方楚彤、杜奕衡、王闯合作主演由夏雯执导的民国悬疑电影《外八门之局中局》开拍;12月20日,出演的都市律政剧《精英律师》在东方卫视、北京卫视首播,并在爱奇艺、腾讯视频同步播出。