2000年張定涵和陳寶國、何賽飛、斯琴高娃等合作，出演了演藝生涯的第一部戲《大宅門》，飾演白佳莉一角。

2003年，搭檔賈一平主演劇情片《大地起舞》，而這也是張定涵的首部電影作品；隨后，她還出演了高群書執(zhí)導的現(xiàn)代反腐劇《1.2億》，同年12月，參演《楊門虎將》，與蘇有朋、蔡琳、趙雅芝、狄龍、等演員合作，飾演溫柔可愛，心靈手巧的楊楚楚。

2004年，張定涵與寇世勛主演的電視劇《夢醒漓江》（又名別在夢醒之前離開我）播出；7月，與馬景濤、寧靜、胡靜合作出演古裝神話劇《魔界之龍珠》，飾演活潑可愛，古靈精怪的富家小姐上官飛燕。

2005年12月，與孫紅雷、寇世勛合作出演年代抗戰(zhàn)劇《刀鋒1937》播出，飾演女主角虞家茵。

2007年，張定涵出演了現(xiàn)代劇《非親父子》，劇中和杜志國、杜淳父子，潘虹，張鐸等演員合作，飾演愛恨分明的女主角王若瑄，這部劇是中國首部倫理懸疑劇。

2009年4月，出演由王小康執(zhí)導，和李宗翰，涓子，何建澤等合作的電視劇《婚后三十年》，張定涵出演性格潑辣，個性爽朗，刁蠻驕橫的女一號蘇蕾，12月張定涵出演導演康寧執(zhí)導的《那些年那些事》中溫文爾雅、秀麗大方的美女知青韓可可。 

2010年，張定涵出演黑幫抗日劇《斷箭》，飾演女一號上海黑幫老大的女兒龍美君。9月，在賴水清執(zhí)導的年代愛情劇《再見艷陽天》中飾演軍中護士丁敏  。

2012年7月，與鐘漢良、陳楚河、張檬合作主演古裝武俠愛情劇《天涯明月刀》在湖南衛(wèi)視播出，在劇中飾演武林第一女諸葛，云天之巔的妙風使者明月心。

2013年，張定涵出演翻拍劇《新甘十九妹》女一號，甘十九妹。

2014年，在范冰冰、張豐毅、李治廷主演的古裝傳奇劇《武媚娘傳奇》中，張定涵一人飾演兩個不同類型的角色，一個是賢良淑德，高貴大氣的長孫皇后，另一個則是小家碧玉，楚楚動人的鄭婉言。

2015年7月28日，與陳志朋領(lǐng)銜主演的愛情喜劇片《等愛歸來》上映，在片中飾演聰明勇敢的文物鑒定家李晉楠。

2016年，與孫堅、何琢言、海峰合作出演諜戰(zhàn)劇《守衛(wèi)者》，飾演國安局偵查處副處長景蕓。

2017年2月23日，參加鳳凰網(wǎng)直播欄目《大咖駕到》的錄制。隨后，與徐少強，李抒航合作出演古裝愛情片《香君訣》。5月，與許亞軍、王琳合作主演都市情感劇《小重逢》，在劇中飾演甜美可人的美食節(jié)目主持人田天。

2018年2月25日，憑借《片甲不留》獲得第九屆國際華語電影節(jié)金龍獎最具潛力女演員。

2013年10月8日，張定涵與演員王志飛結(jié)婚。

2015年4月24日，張定涵與演員王志飛的女兒出生。

2011年11月12日晚，由中國MBA聯(lián)盟發(fā)起舉辦“清聽·愛”慈善拍賣晚會在京舉行，張定涵被授予“愛心大使”稱號。

2013年5月27 日，由中華少年兒童慈善援助基金會及少年華語榜樣明星名人會共同主辦的“525公益英雄盛典”在京舉行，張定涵及甘薇、陳廷嘉、導演賴水清、制片人吳敦發(fā)起的公益機構(gòu)已經(jīng)成立，將專注于救助聾兒。

2014年8月2日，公益活動“愛讓夢想綻放”于在昌平區(qū)舉辦，張定涵、王志飛夫妻二人及圈中好友姜宏波、陸劍民、金波、金一帆等共同出席，張定涵、王志飛夫妻以公益的方式度過了一個特別的七夕節(jié)。

張定涵在明月心出場時的驚艷，在“鏟雪大會”時展現(xiàn)出的睿智冷靜、機謀深蘊很到位，她可以能夠吃定這個角色，除了她的經(jīng)驗長相外，最厲害的一點就是說她接了電話到了現(xiàn)場，來不及看劇本，只要幫她將這個角色，就硬上了。她一個禮拜沒睡覺，一邊拍一邊看劇本（賴水清評價）。

張定涵在電視劇《斷箭》中飾演龍美君，在她的細膩演繹下，龍美君這位巾幗梟雄充滿了知性、彪悍、剛烈的美，而張定涵這位外貌與演技俱佳的演員，以她的魅力，完成了她演藝道路上的一次飛躍（新浪網(wǎng)評）。

張定涵在古裝劇《武媚娘傳奇》中一改往日“俠女形象”，其造型盡顯大唐古典佳人國色天香，她詮釋的長孫皇后賢良淑德，高貴大氣與小家碧玉，楚楚動人的鄭婉言兩個角色，張定涵嫻熟的演技將這兩個人物完美的表現(xiàn)出來，令人稱贊（騰訊娛樂）。

張定涵在一組時尚瀟灑寫真中，嘗試牛仔風格裝扮，身穿白色背心及牛仔短裙，露出性感鎖骨和修長美腿，玲瓏有致的身材外搭寬松牛仔襯衫，鉚釘元素增添時尚感，飄逸的黑色長發(fā)展現(xiàn)出率性灑脫的女性新魅力。灑脫干練的氣質(zhì)中展現(xiàn)出張定涵對生活的憧憬和十足的干勁，也向大家展現(xiàn)了她隨性帥氣的一面（鳳凰網(wǎng)評）。