1990年，就读大学的张嘉益出演个人首部电影《聂荣臻》。
1995年，主演电视剧《道北人》，饰演张建国一角 。2009年，凭借伦理剧《蜗居》中饰演的“宋思明”一角获得关注。
2011年，凭借在谍战剧《借枪》中饰演的熊阔海一角获得第17届白玉兰最佳男演员奖 。
2013年，凭借都市职场剧《浮沉》获得第19届白玉兰“最佳男演员”奖   ；同年，获得第29届中国电视剧飞天奖颁奖典礼的“优秀男演员”奖。
2014年，领衔主演的都市时尚情感剧《一仆二主》收视达1.448%   ；同年，凭借电视剧《营盘镇警事》获得第27届中国电视金鹰奖“观众喜爱男演员奖”及“最具人气男演员奖”   。
2016年，主演的医疗剧《急诊科医生》北京卫视、东方卫视首播 。
2017年，由张嘉益主演并担任艺术总监的电视剧《白鹿原》播出  ，同年，获“中国反拐义务宣传员”称号  。
2018年，主演的都市家庭剧《美好生活》登陆东方卫视、北京卫视播出。
2019年，参演的电视剧《少年派》播出。2020年6月，主演抗疫题材电视剧《在一起》 。同年主演的电视剧《装台》上映。
2021年1月12日，参演的脱贫攻坚剧《山海情》播出，在剧中饰演马喊水   。