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》。