2002年5月，签约周星驰的星辉公司，成为“星女郎”。
2003年，考入上海戏剧学院附属戏曲学校。
2006年，出演周星驰自导自演的科幻喜剧电影《长江7号》；10月，《长江7号》杀青，随即加盟冯德伦导演、韩三平、崔宝珠、周星驰监制的喜剧影片《跳出去》。
2007年2月，主演周星驰监制的日本喜剧动作电影《少林少女》；6月，客串的爱情影片《夜·上海》上映，这是她在大银幕上首次亮相。
2008年，主演徐克导演的《女人不坏》，主演了广告短片《露得清八方解码》，成为百度娱乐沸点2008年最热门新晋演员。
2009年，接连主演了香港喜剧电影《财神到》和古装武侠片《刀见笑》。
2010年，主演王全安导演的《白鹿原》，并凭借该片成功入围第62届柏林电影节最佳女演员提名。
2011年，出演《钱学森》女一号蒋英。
2013年5月14日，亮相第66届戛纳国际电影节开幕红毯，这是她继柏林电影节推广大使之后，再次受邀亮相欧洲电影节，也是她戛纳电影节红毯首秀。
2014年10月至2015年2月，主演周星驰执导的爱情喜剧电影《美人鱼》。
2015年3月，主演冒险科幻电影《蒸发太平洋》；12月，主演电影《不期而遇》。
2016年10月，加盟陈凯歌导演古装电影《妖猫传》。
2017年，主演的现代玄幻剧《幻城凡世》在网络播出，该剧是张雨绮首次出演的电视剧。
2019年12月31日晚，工作室发布公告，宣布与壹心娱乐结束合作关系。
2020年4月1日，主演的探险悬疑剧《龙岭迷窟》正式开播。6月12日，参与芒果TV选拔综艺《乘风破浪的姐姐》，最终以第五名的成绩成功成团。10月30日，参与《乘风破浪的姐姐》的成团综艺节目《姐姐的爱乐之程》。12月21日，特别出演的民国悬疑推理剧《拆·案》上线。12月31日，随组合X-SISTER参演湖南卫视跨年演唱会，演唱歌曲《无价之姐》、《Lady Land》。同年，友情出演电视剧《旗袍美探》。
2021年1月，加盟腾讯视频脱口秀节目《吐槽大会第五季》；2月11日，参加《2021年中央广播电视总台春节联欢晚会》。6月19日，参加综艺节目《完美的夏天第二季》；8月30日，与潘粤明、姜超主演的悬疑冒险剧《云南虫谷》播出。10月1日，主演的电影《我和我的父辈》之《鸭先知》上映。
2022年2月1日，参加《2022年东方卫视春节联欢晚会》。
《长江七号》、《女人不坏》、《美人鱼》、《妖猫传》、《我和我的父辈》《白鹿原》、《钱学森》、《财神到》、《荒村公寓》、《不期而遇》、《情敌蜜月》、《蒸发太平洋》、《亲爱的》、《刀见笑》等。
《云南虫谷》、《龙岭迷窟》、《误入浮华》、《幕后之王》、《幻城凡世》、《旗袍美探》等。
2009年，提名第28届香港电影金像奖最佳新演员-《女人不坏》。
2012年，获第8届中美电影节最佳女主角奖-《白鹿原》。
2013年，提名第13届华语电影传媒大奖观众票选最受瞩目女演员奖-《白鹿原》。
2013年，获第14届中国电影表演艺术学会金凤凰奖-学会奖-《白鹿原》、《钱学森》。
2013年，获第20届北京大学生电影节最受欢迎女演员奖-《白鹿原》。
2017年，获第29届香港专业电影摄影师学会专业电影摄影师眼中最具魅力女演员奖。
2017年，提名第36届香港电影金像奖最佳女配角-《美人鱼》。
2018年，提名第10届澳门国际电影节最佳女配角奖-《妖猫传》。
2018年，第12届亚洲电影大奖最佳女配角奖-《妖猫传》。
2020年，提名中国电视好演员奖（网剧组）。
2008年，获中国最美50人-“风情之美”。
2009年，获“星尚大典"2009年星尚红毯先锋人物。
2011年，获中国银幕2011年度十大风尚女演员。
2012年，获《中国银幕》杂志评选的“年度十大风尚人物”。
2013年，获RCFA红毯网2013年戛纳电影节红毯最佳着装。
2013年，获时尚Cosmo二十周年盛典Dream Icon梦想偶像。
2013年，获BQ红人榜压轴大奖“年度红人”。
2013年，获时装优雅盛典年度优雅典范。
2021年，获2020微博之夜微博年度之星。
