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(lián)袂主演由孟京輝執(zhí)導的話劇《琥珀》 。

2011年，與蔣雯麗、鄔君梅、梁靜聯(lián)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(diào)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(qū)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(wèi)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(wèi)視聯(lián)播的《紅色》則讓張魯一嘗到了走紅的滋味，扮演低調(diào)、內(nèi)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(zhàn)場》與高希希導演的《馬上天下》 。

2016年3月，出演年代大戲《燃情大地》，飾演男一號馬中秋。同年，出演“熱血探秘傳奇巨制“《老九門》；參演奇幻青春劇《九州天空城》；主演當代商戰(zhàn)勵志情感大劇《新�！�。

2017年，主演蘇有朋執(zhí)導的懸疑電影《嫌疑人X的獻身》；主演都市情感劇《這個世界不看臉》。

2017年，主演《長河落日》。

2018年1月12日，在2017中國好演員推選表彰會上獲2017中國好演員藍寶石演員獎。2月27日，第九屆中國電影導演協(xié)會2017年度初評入圍名單揭曉，張魯一憑借《嫌疑人X的獻身》入圍年度男演員。3月10日，參加《聲臨其境》。

進入演藝圈以后，張魯一飾演了多個具有獨特個性的角色，展現(xiàn)了他的文藝氣質(zhì)（騰訊網(wǎng)評） 。

在《火線三兄弟》中，他飾演的高木在心狠手辣、奸詐狡猾的性情之外也保留一些高雅的文藝情調(diào)；而在《女人幫》中，張魯一更把自己的文藝時尚感表現(xiàn)得淋漓盡致（新浪網(wǎng)評） 。

在電視劇《一仆二主》中，張魯一飾演的齊建軍是一個典型的博士形象，出演這個人物的過程中也讓張魯一的喜劇功力得以展現(xiàn)，與張嘉譯、閆妮上演對手戲，三人很是默契，張魯一的演技也獲得了他們的認可（中國臺灣網(wǎng)評） 。

在電影《廚子戲子痞子》中，張魯一扮演了日本大佐白川；在電視劇《火線三兄弟》中，他化身為特高課課長高木；張魯一不僅將這兩個反派人物演繹得入木三分，其冰冷卻不失颯爽的形象，也讓一些觀眾印象深刻（21CN評）。