2003年，张颂文出演了都市罪案电视连续剧《爱的代价》。
2004年，应南方电视台的要求，张颂文临时为情景喜剧电视剧《乘龙怪婿》成立了“表演速成班”，这也是他第一次做表演指导。
2005年，主演肖丹、郭昊明执导的情景喜剧电视剧《乘龙怪婿》，在剧中饰演男一号贾发。
2006年，出演魏翰涛执导的中国首部北魏时期历史古装电视剧《北魏冯太后》，在剧中饰演北魏时期的宦官首领王遇。
2007年，出演鞠觉亮执导的古装动作电视剧《霍元甲》，在剧中饰演霍元甲一生中最重要的挚友——精神领袖农劲荪。
2008年，张颂文离开北京电影学院，成立了“张颂文国际表演工作室”，致力于影视表演技巧及方法派表演的研究。同年，出演张纪中执导的历史、古装电视剧《兵圣》，在剧中饰演吴王夫差。
2009年，与黄秋生、殷桃等人合作出演尤小刚执导的大型历史题材电视剧《杨贵妃秘史》，在剧中塑造了杨国忠一角。
2010年，出演刘伟强执导的动作电影《精武风云》，在片中饰演文仔这一角色。同年10月，宁浩导演和小马奔腾公司合作举办了演员培训班，邀请张颂文做了表演指导。
2011年，主演刘伟强、钱文锜执导的爱情电影《不再让你孤单》，在片中饰演朱天。
2012年5月，主演宁浩执导的喜剧、动作电影《黄金大劫案》，在片中饰演溥晓彤。同年7月，与周润发、吴镇宇、黄晓明等人合作出演王晶执导的年代、历史、爱情电影《大上海》，在片中饰演包云龙。同年8月，主演邱礼涛执导的武打、剧情电影《叶问终极一战》，在片中饰演叶问之子叶准。
2013年，为孔二狗执导的处女作电影《大嘴巴子》担任表演指导。
2014年，与陈赫、姚星彤、常远等人合作主演了由侯亮执导的青春、喜剧电影《一路向前》，在片中饰演黎博士。与孙坚、白冰、潘霜霜等人合作主演侯亮执导的悬疑、喜剧电影《谎言大爆炸》，在片中饰演涉黑团伙头目高凯。同年12月，张颂文还主演了由黄百鸣和邱礼涛联合执导的侦探、喜剧、爱情电影《神探驾到》，在片中饰演祁世兴。
2015年5月，参演常征执导的科幻、悬疑微电影《沉默基因》，在片中饰演男主角方闻达。同年，参演了由邝庭和执导的青春、情感电影《选择游戏》，在片中饰演刘总。
2016年3月，张颂文应邀出演了由娄烨执导、张家鲁监制的悬疑、剧情电影《地狱恋人》（又名《风中有朵雨做的云》）。同年7月，主演了由周全执导，张家振监制，与谭卓、顾宝明、荣梓杉、董晴等人合作的情感电影《那年的夏天》，后更名为《西小河的夏天》，该电影获得了2015年第13届香港亚洲电影投资会最高奖。同年8月，受邀主演了由李小江执导、陈飞监制的喜剧电影《夏天只是一天》，该影片入围2016年上海国际电影节“青年导演计划”。
2017年8月31日，第二十二届釜山国际电影节宣布《西小河的夏天》入围新浪潮竞赛单元，将与其他入围影片一起角逐新浪潮奖；10月12日，张颂文受邀与《西小河的夏天》众主创一起出席当天在釜山海云台举办的第二十二届韩国釜山国际电影节开幕红毯仪式；10月13日，张颂文与该片女主演谭卓接受腾讯视频专访；10月14日晚，《西小河的夏天》在釜山举行全球首映；10月21日，第二十二届釜山国际电影节闭幕，组委会公布获奖名单，《西小河的夏天》喜获“KNN观众奖”——最受观众喜爱电影奖，成为本届电影节唯一一部获奖华语片。2018年4月，《西小河的夏天》接连入围第8届北京国际电影节“注目未来”单元和第25届北京大学生电影节主竞赛单元。同年5月25日，该片正式登陆全国院线。2018年9月，《西小河的夏天》入围第十四届中国长春电影节金鹿奖，将与其他十四部入围影片一起角逐最终的十个奖项。9月8日晚，第十四届长春电影节在长春五环体育馆圆满落下帷幕，张颂文凭借在电影《西小河的夏天》中的精彩表现，荣获本届电影节最佳青年男配角提名。2018年12月17日，第五届北京青年影展开幕，电影《西小河的夏天》入围主竞赛单元，张颂文凭借片中顾建华一角提名年度男演员奖项。
2018年年初，受邀参与拍摄娄烨导演、马英力编剧的电影《兰心大剧院》，合作演员包括：巩俐、赵又廷、小田切让、帕斯卡·格里高利、汤姆·拉斯齐哈、中岛步、黄湘丽、王传君，张颂文与巩俐在片中搭档饰演一对夫妻。同年，参演由赵军编剧，赵一龙、肖恩·皮奇尼诺联合执导，与张鲁一、张钧甯、木幡龙等人合作的战争剧《长河落日》。2018年9月，受邀参加湖南电视台播出的《天天向上》特别企划之“天天电视台”栏目，在小剧场表演环节，担任天天向上主持人汪涵、钱枫、沈梦辰等人的表演指导老师。10月10日，受邀出席2018北京电视节目交易会（秋季）特别活动——庆祝改革开放四十周年新剧发布会，其参演的二战题材电视剧《长河落日》，成为今秋北京市重点推出的三部新戏之一。10月16日，不久前入围第55届台湾电影金马奖的影片《风中有朵雨做的云》首次在金马场刊中曝光了主演剧照，并将于11月9日在金马影展全球首映！
2019年1月，受邀参演由陈思诚担任编剧和监制的超级网剧《唐人街探案》。1月22日，由娄烨执导，井柏然、马思纯、宋佳、张颂文、秦昊、陈妍希等人主演的电影《风中有朵雨做的云》入围柏林电影节全景单元。3月1日，《风中有朵雨做的云》在北京举行首场发布会，导演娄烨携主演井柏然、马思纯、秦昊、陈妍希、张颂文，及监制张家鲁、制片人耐安、编剧梅峰等8位幕后黄金班底，齐聚电影首场“昨天、今天、明天”发布会，影片首支官方预告也正式曝光。5月4日，第十三届FIRST青年电影展在京举办启动仪式，张颂文受邀出席，并宣布担任训练营表演顾问。6月，受邀出演由李子俊执导、周汶儒编剧、改编自真实事件的犯罪剧情电影《第八个嫌疑人》，并于6月18日和主演大鹏、孙阳一起出席了《第八个嫌疑人》在上海举办的“天地人心”发布会。7月16日，作为第十三届FIRST青年电影展的训练营表演顾问，张颂文来到西宁，为青年导演及演员们带来了集体课程和实景排练授课。7月24日，由娄烨执导、巩俐、赵又廷、小田切让、张颂文等人主演的电影《兰心大剧院》宣布入围2019年多伦多国际电影节特别展映单元。7月26日，《兰心大剧院》经第76届威尼斯国际电影节组委会正式宣布入围主竞赛单元。当地时间9月4日下午，张颂文与导演娄烨，主演巩俐、赵又廷、小田切让、帕斯卡·格里高利、黄湘丽等主创出席《兰心大剧院》在威尼斯国际电影节举办的记者发布会。发布会上，编剧马英力宣布影片定档12月7日在中国内地上映。9月，受邀以表演导师的身份参与录制由于正制作，优酷、欢娱影视、银河酷娱联合出品的国内首档年轻演员片场生存真人秀节目《演技派》。11月初，《演技派》官宣定档，将于11月8日起播出，官方也陆续发布了宣传照以及观前指南宣传片。11月1日，张颂文作为主演受邀出席电影《不止不休》在北京举行的开机仪式，该片由贾樟柯监制、王晶导演、陌陌影业和暖流文化联合出品，暂定于2020年秋季上映。11月14日晚，张颂文受邀出席《ELLEMEN睿士》第七届ELLEMEN电影英雄盛典，并作为颁奖嘉宾，为电影《风中有朵雨做的云》的美术指导钟诚颁发了年度美术指导奖。11月22日，受邀出席电影《南方车站的聚会》在厦门举办的金鸡百花特别放映活动，11月23日，出席由中国文学艺术界联合会、中国电影家协会、厦门市人民政府主办，由厦门泰洋川禾影视文化有限公司承办的第28届中国金鸡百花电影节“演员的自我修养”主体教育论坛，并发表主旨演讲。12月8日，张颂文受邀参与并主演的悬疑电影《眼见为虚》正式开机。12月13日，2019年Sir电影文娱大会在北京举行，张颂文受邀出席演讲论坛及颁奖晚宴，并最终斩获“年度电影演员”这一荣誉。12月16日，受邀出席在广州举办的2019年度“粤港澳大湾区电影行业大会暨电影之夜”，凭借在娄烨导演作品《风中有朵雨做的云》中对唐奕杰一角的精彩演绎，获得大会授予“年度男配角”荣誉。12月23日，2019电影频道M榜发布入围名单，张颂文凭借电影《风中有朵雨做的云》中唐奕杰一角，入围“最具突破男演员”奖。
2020年年初，受邀领衔主演由王晓丰编剧并执导、叶如芬监制的电影《老郑飞到天上去了》。4月15日，受邀拍摄的记录片《我和另一个我》在优酷、爱奇艺、芒果tv等多家媒体平台上线，片中以跟拍形式，真实记录了演员张颂文的一天。同年5月，再次凭借娄烨导演电影《风中有朵雨做的云》中唐奕杰一角赢得2020亚洲影评人联盟最佳男配角奖。2020年6月13日，继去年担任第十三届FIRST青年电影展表演顾问，张颂文再度受邀出席了FIRST电影市场·公开周表演工坊，作为本次活动导师，与众多FIRST入围作品的青年导演及行业新人演员们进行了长达10个小时的深度交流。2020年6月10日，与秦昊、王景春、荣梓杉、芦芳生、刘琳、李梦等主演的网剧《隐秘的角落》公布了海边大片及主演阵容，6月16日，该剧在爱奇艺“迷雾剧场”正式上线。2020年6月29日，出席第十一届青年电影手册年度颁奖盛典，凭借娄烨导演《风中有朵雨做的云》中唐奕杰一角，斩获青年电影手册2019年度男配角。7月21日，电影《老郑飞到天上去了》入围第二十三届上海国际电影节电影项目创投的“制作中项目”子单元。7月28日，由贾樟柯监制，内地青年导演王晶执导，张颂文、白客、苗苗领衔主演的现实题材励志影片《不止不休》，宣布入围第77届威尼斯国际电影节“地平线”竞赛单元，成为本届威尼斯电影节唯一入围该单元的华语片。7月30日，电影《不止不休》再传喜讯，成功入围第45届多伦多国际电影节新发现单元。8月3日，领衔主演的犯罪动作电影《扫黑·决战》正式宣布开机。该片由黄志明监制，吕聿来执导，姜武、张颂文、金世佳、李倩领衔主演，赵毅、焦刚特别出演。8月24日，第11届中国电影导演协会2019年度表彰大会公布提名名单，再次凭借电影《风中有朵雨做的云》中唐奕杰一角入围，并与王景春、易烊千玺、于谦、胡歌共同竞逐年度男演员。9月12日，受邀友情出演的爱情喜剧电影《关机》上映。9月30日，第四届平遥国际电影展公布了今年的入围片单，影片《不止不休》入围电影展的“藏龙”单元，届时将于平遥进行亚洲首映。10月19日，由黄建新监制兼导演、郑大圣联合导演的电影《1921》宣布将于2021年7月1日全国公映，并首次曝光了主演阵容，张颂文受邀出演中共一大代表之一。12月8日，浙江卫视综艺节目《我就是演员》新一季表演指导阵容正式官宣，张颂文强势加盟，与郝蕾、刘天池共同成为本季表演指导，节目官方微博也发布“烟雾大片”，并宣布将于12月12日起每周六晚黄金档播出。12月23日，受邀参与演出的根据新冠肺炎疫情防控斗争真实事件改编的电影《中国医生》杀青。
2021年7月1日，由徐展雄执导的电影《革命者》上映，张颂文在片中饰演李大钊。
2022年3月17日，和海清、童瑶联袂主演的现实主义情感剧《心居》播出，在剧中饰演坐拥有十几套房产的“暴发户”展翔 ；9月3日，凭《革命者》中李大钊一角获得2022电影频道传媒荣誉之夜最受传媒关注男主角荣誉；11月，参加2022中国金鸡百花电影节暨第35届中国电影金鸡奖开幕式。
2023年1月14日，主演的刑侦剧《狂飙》播出，在剧中饰演鱼贩子高启强；1月18日，领衔主演的谍战剧《孤舟》，在剧中饰演汪伪特工周知非。
《幸福额度》
《黄金大劫案》
《大嘴巴子》
革命者2021-7-1
饰演李大钊 导演徐展雄
19212021-7-1
导演黄建新、郑大圣 主演黄轩、倪妮、祖峰、张颂文、窦骁、王俊凯、刘昊然
扫黑·决战 2021-1-15
导演吕聿来 主演姜武、张颂文、金世佳、李倩
老郑飞到天上去了 2021
饰演老郑 导演王晓丰 主演张颂文、曾柯琅、王悦伊、陈永胜
中国医生2021
导演刘伟强 主演张涵予、袁泉、李晨
关机2020-9-12
饰演萧总 导演郭昊明、陈希 主演何杜娟、刘岳
不止不休2020
饰演黄江 导演王晶 主演白客、苗苗、宋洋、王奕权
第八个嫌疑人2020
饰演何蓝 导演李子俊 主演林家栋、大鹏、齐溪、孙阳
眼见为虚2020
饰演阎正 导演刘翔 主演窦骁、范伟、朱珠、梁超
风中有朵雨做的云2019-04-04
饰演唐奕杰 导演娄烨 主演井柏然、宋佳、马思纯、秦昊
隐秘的角落 2020
饰演朱永平 导演辛爽 主演王景春、秦昊、荣梓杉、刘琳
唐人街探案2019
饰演汶宋 导演柯汶利、来牧宽、姚文逸、戴墨 主演张均甯、邱泽、张艺上
长河落日2018
饰演沈处长 导演赵一龙、肖恩·皮奇尼诺 主演张鲁一、张钧甯
密查2017
导演王兵 主演白柳汐、于晓光、郑凯
风云天地2014
饰演邝君豪 导演王晶 主演汪明荃、刘恺威、赵雅芝、唐嫣、萧正楠、黄德斌、莫小棋
爆米花2013
饰演范建 导演程前 主演蔡少芬、程前、唐艺昕、朴海镇、纪宁、朴贞雅、张大礼
女人帮2011
饰演王洪 导演刘心刚 主演蒋雯丽、梁静、李佳、黄轩、邬君梅、廖凡、何冰
杨贵妃秘史2010-04
饰演杨国忠 导演尤小刚 主演殷桃、黄秋生、王洛勇、石小群、叶璇、何赛飞
人是铁饭是钢2010
饰演黄英雄 导演马军襄 主演苗圃、冯远征、李梦男、李芯逸、梁丹妮、张倩茹
兵圣2009
饰演夫差 导演张纪中、赵箭 主演朱亚文、胡静、午马、何琢言、赵毅、许还幻
▪ 2020 第11届中国电影导演协会2019年度表彰大会年度男演员奖 风中有朵雨做的云 （提名）
▪ 2020 第45届多伦多国际电影节新发现单元 不止不休 （提名）
▪ 2020 第77届威尼斯国际电影节“地平线”竞赛单元 不止不休 （提名）
▪ 2020 第二十三届上海国际电影节电影项目创投“制作中项目”子单元 老郑飞到天上去了 （提名）
▪ 2020 第四届平遥国际电影展“藏龙”单元 不止不休 （提名）
▪ 2020 2020年度亚洲影评人联盟“最佳男配角” 风中有朵雨做的云 （获奖）
▪ 2019 第二届Sir电影文娱大会“年度男演员” 风中有朵雨做的云 （获奖）
▪ 2019 第十九届粤港澳大湾区电影行业大会“年度男配角”（原华语电影传媒大奖） 风中有朵雨做的云 （获奖）
▪ 2019 2019年度电影频道M榜“最具突破男演员奖” 风中有朵雨做的云 （提名）
▪ 2018 第十三届北京大学艺术学院“学院奖”最佳演员呈现奖 《苏格拉底的抉择》 （获奖）
▪ 2018 第五届北京青年影展年度男演员奖 西小河的夏天 （提名）
▪ 2018 第十四届中国长春电影节最佳青年男配角 西小河的夏天 （提名）
▪ 2004 第三届“香港第三届大中华地区大学生影视作品奖”评委会特别奖 《火锅》 （获奖）
▪ 2002 第二届全国大学生戏剧节表演一等奖 霸王别姬 （获奖）
▪ 2019 第七十六届威尼斯国际电影节主竞赛单元 兰心大剧院 （提名）
▪ 2019 第四十四届多伦多国际电影节特别展映单元 《兰心大剧院》 （提名）
▪ 2018 第五十五届台湾电影金马奖 风中有朵雨做的云 （提名）
▪ 2018 2018年春季戛纳春季电视片交易会重点推介项目 长河落日 （获奖）
▪ 2018 第六十九届柏林国际电影节全景单元 风中有朵雨做的云 （提名）
▪ 2018 第二十五届北京大学生电影节主竞赛单元 西小河的夏天 （提名）
▪ 2018 第五届北京青年影展年度人气演员 谭卓 （提名）
▪ 2018 第八届北京国际电影节展映单元 西小河的夏天 （提名）
▪ 2017 第二十二届韩国釜山国际电影节KNN观众奖 西小河的夏天 （获奖）
▪ 2009 第六十二届戛纳电影节最佳编剧奖 春风沉醉的夜晚 （获奖）
张颂文由于专业扎实留校任职成为表演研究所的表演老师，他独特的教学课程能迅速提升演员的表演技巧，他是国内最负盛名的表演指导（凤凰网评）。
张颂文以风趣幽默的讲课风格及平易近人的人格魅力，使课堂气氛异常活跃，充分调动了学员们的积极性（新浪网评）。
张颂文是个信奉因果善恶，喜欢品茶、听佛乐的文人雅士，在他的身上，总会有一种气质与生俱来，或是儒雅，或是睿智，或是平和，或是淡泊，或是稳健（网易评）。
在拍古装剧《兵圣》的过程中，每一个镜头、每一个场景张颂文都一丝不苟地对待，而每一个微小的动作细节也被他拿捏的恰到好处（新浪网评）。
纵观整部电影，作为《西小河的夏天》领衔主演的张颂文，几乎一直在用一个个细微肢体动作或眼神来传达人物内心情感，往往一句尬聊、一个拍肩，就将郁郁不得志的中年油腻展露无遗。看似平淡细微的动作，却在很大程度上让顾建华这个人物变得更加鲜明立体（网易评）。
张颂文特意为《西小河的夏天》增重二十斤，还在第一次和导演周全见面时给对方制造了一个“小惊喜”。导演周全回忆称：“张老师在两天内借来90年代的衬衫、西裤、眼镜、皮鞋，特意打扮成教务主任的样子，还即兴表演剧本里的几场戏给我看，让我非常感动。”（凤凰网评）
张颂文为更好地诠释《西小河的夏天》里那位“中年油腻男”，快速增肥25斤。他透露，和谭卓在拍一场感情戏时，两人一个眼神对视，便瞬间进入情绪（中国新闻网评）。
《西小河的夏天》导演周全回忆当初找到张颂文老师的时候：“张老师正在广州赶拍娄烨导演的新片，但他很快就看完剧本并主动打电话跟我探讨故事方向。我去广州与他见面，从机场到酒店一路紧张：一次见面的机会、两个钟头的时间，能否说服对方参演就在此一举了。结果，一到他房间我就惊呆了。张老师同意和我会面后，在两天内问身边的朋友借来90年代的衬衫、西裤、眼镜、皮鞋，扮成剧中教务主任的样貌来与我交谈，还即兴表演剧本里的几场戏给我看！张老师对于表演的如火热情、对后辈的平等姿态，让我非常感动。”（腾讯网评）
电影《风中有朵雨做的云》是张颂文与娄烨的第四次合作，张颂文对此表示十分开心，多次合作也体现了其与娄烨的默契和深厚缘分。张颂文称，对娄烨始终充满了“新鲜感”，因为娄烨每次给他的角色都没有雷同和重复，相信他能驾驭好不同类型的角色，这对演员本身是一种极大的肯定。（腾讯网评）
他饰演的老唐变态、性癖、贪婪、懦弱，角色很复杂，不好把握，但他在对宋佳施暴的时候，拖进厕所里的哼哼声，是那种无奈、失望，夹杂着惊恐的下意识，每一个细节他都注意到了，可以说是演技本人了。看过电影的人都知道，张颂文扮演的唐奕杰，是一个人前清廉、人后贪腐，两副面孔的可怜男人，张颂文将他演得入木三分。（凤凰网评）
张颂文说：“娄烨导演用了我四次，是对我最大的肯定。”无论是《春风沉醉的夜晚》、《花》，还是《风中有朵雨做的云》、《兰心大剧院》，张颂文都相信角色，并逐渐有了自己的演戏哲学：角色的逻辑通顺，这是第一；第二，我搜索我一生中认识的人里必须有这样的人，我好以他为参照；第三个，我必须走进他的内心世界。所以，你可以想象，唐奕杰的演绎，不是简单依据剧本，而是他走进唐奕杰内心世界，接受并理顺了逻辑关系，才真正表现与释放出来的。对于张颂文而言，如果是连自己都不相信存在的角色，他是不愿意演的，也正是严格的要求，让张颂文演技炸裂，深入人心。（凤凰网评）
张颂文干脆跟着主动“造梦”。开拍前，他去开发区上了12天班。进组后，他把唐奕杰和林慧的“结婚照”摆在房间，“结婚的人不都喜欢在床头挂这样的结婚照嘛”，他得让自己每天一睁眼就看到“妻子”。他还去仓库找工作人员要来唐奕杰的衣服，平时没事也穿着。（腾讯网评）
张颂文与娄烨的合作比较简单，生活中从未有过联系，“很多人会以为我跟导演和秦昊，我们的私交很好，其实我们都不联系的，就是工作中的朋友。但是当导演的电话打过来的时候，我一般都不问拍什么戏，演什么角色，只要时间允许我就过去。去了以后，有可能是特别小的龙套，也有可能是戏份重的工作，但我们有一种信任感。”（凤凰网评）
《隐秘的角落》里，有一场张颂文吃馄饨的戏。他饰演的朱永平深夜出来买馄饨，老板照例给了三份，在无人的大排档，刚刚失去女儿的父亲，吃着本该属于女儿的那份馄饨，情绪彻底崩了。虽然这场戏在剧中出现在第六集，但却是张颂文进组后拍摄的第一场戏，情绪没有铺垫。为了表现出丧女之痛，他在开拍前禁食了三天，每天睡觉不超过四小时，一个失去女儿的人，怎么能吃得好睡得好，每天晚上不做噩梦就不错了。而原本计划拍完后去吃夜宵，结果那一晚，他连吃了6碗馄饨。（新浪网评）
