2000年,张衣与郑伊健、刘德华、张家辉合作拍摄了刘伟强执导的古装电影《决战紫禁城之巅》。
2006年,张衣与吕晶、徐春妮共同出演电影《澳门情缘》饰演沈继亮,后与郑伊健再次合作拍摄了电影《天行者》,此外张衣还参演了电影《一路有你》饰演刑警队长。
2008年,张衣在公安悬疑电视剧《鹰与枭》中饰演男主角律师杜明,表演到位。
2009年,张衣出演电影《美丽人生》并拍摄电视剧《情与缘》和《天下女人心》。
2010年,张衣与王志飞、姜武合作拍摄于纯执导的电视剧《爱情二十年》饰演张明超,又主演了高科技犯罪类型电视剧《生死大营救》,在剧中饰演黑客绑匪黎威,生动地刻画出一个内心充满矛盾、猜疑、恐惧的反面角色。然后在王之执导的电影《别动我的童年》饰演男主角大海。
2011年,张衣先后拍摄了电视剧《双面胶》《好想好想谈恋爱》《下班抓紧谈恋爱》等,并在电视剧《娘心计》中出演工于心计、无恶不作的奸商林祖刚。之后又出演了徐克执导的电影《抓猴》。
2012年,张衣在金琛执导的网络剧《女儿帮妞儿》中饰演韩坤,与应采儿演对手戏。后又出演了励志大剧《璀璨人生》饰演“舅舅”余强,与周晓涵饰演的富家女刘小蕙的忘年恋在剧中格外引人注目。后又在电影《李献计历险记》中再次饰演刑警队长,此外还参演了励志电影《小鱼吃大鱼》,均有不俗的表演。
2013年,张衣拍摄了根据张艾嘉同名舞台剧改编的电视剧《华丽上班族》,在《华丽上班族》中张衣饰演广告公司的副总杜大伟,与韩国演员秋瓷炫饰演的女BOSS张威上演了一场曲折纠结的办公室虐恋。
2014年,张衣与叶璇合作拍摄近代传奇电视连续剧《映山红》饰演账房先生林凤奇,并与黄觉搭档拍摄了谍战剧《大水井风云》饰演潜伏在大水井庄园的日本神风大队特务李木裕。
2015年3月,张衣与乔振宇、王倩一、翟天临、江铠同合作拍摄由刘一志执导的青春励志剧《裸漂》。张衣在电影《金昔爱迪生》首次执导并担纲男一号。
2016年,参演爱情励志剧《爱情也包邮》。同年3月,张衣受澳门电影节举办方邀请,现身金羊奖盛典,并与导演王小帅一起现身红毯。
2017年,参演都市情感大剧《我的前半生》饰演霸道总裁罗平;同年和佟丽娅、雷佳音主演徐峥监制的大电影《超时空同居》,饰演反一赵俊以。
2019年11月21日,主演的都市情感励志剧《乔安你好》播出。