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2002年5月,簽約周星馳的星輝公司,成為“星女郎”。
2003年,考入上海戲劇學院附屬戲曲學校。
2006年,出演周星馳自導自演的科幻喜劇電影《長江7號》;10月,《長江7號》殺青,隨即加盟馮德倫導演、韓三平、崔寶珠、周星馳監制的喜劇影片《跳出去》。
2007年2月,主演周星馳監制的日本喜劇動作電影《少林少女》;6月,客串的愛情影片《夜·上海》上映,這是她在大銀幕上首次亮相。
2008年,主演徐克導演的《女人不壞》,主演了廣告短片《露得清八方解碼》,成為百度娛樂沸點2008年最熱門新晉演員。
2009年,接連主演了香港喜劇電影《財神到》和古裝武俠片《刀見笑》。
2010年,主演王全安導演的《白鹿原》,并憑借該片成功入圍第62屆柏林電影節最佳女演員提名。
2011年,出演《錢學森》女一號蔣英。
2013年5月14日,亮相第66屆戛納國際電影節開幕紅毯,這是她繼柏林電影節推廣大使之后,再次受邀亮相歐洲電影節,也是她戛納電影節紅毯首秀。
2014年10月至2015年2月,主演周星馳執導的愛情喜劇電影《美人魚》。
2015年3月,主演冒險科幻電影《蒸發太平洋》;12月,主演電影《不期而遇》。
2016年10月,加盟陳凱歌導演古裝電影《妖貓傳》。
2017年,主演的現代玄幻劇《幻城凡世》在網絡播出,該劇是張雨綺首次出演的電視劇。
2019年12月31日晚,工作室發布公告,宣布與壹心娛樂結束合作關系。
2020年4月1日,主演的探險懸疑劇《龍嶺迷窟》正式開播。6月12日,參與芒果TV選拔綜藝《乘風破浪的姐姐》,最終以第五名的成績成功成團。10月30日,參與《乘風破浪的姐姐》的成團綜藝節目《姐姐的愛樂之程》。12月21日,特別出演的民國懸疑推理劇《拆·案》上線。12月31日,隨組合X-SISTER參演湖南衛視跨年演唱會,演唱歌曲《無價之姐》、《Lady Land》。同年,友情出演電視劇《旗袍美探》。
2021年1月,加盟騰訊視頻脫口秀節目《吐槽大會第五季》;2月11日,參加《2021年中央廣播電視總臺春節聯歡晚會》。6月19日,參加綜藝節目《完美的夏天第二季》;8月30日,與潘粵明、姜超主演的懸疑冒險劇《云南蟲谷》播出。10月1日,主演的電影《我和我的父輩》之《鴨先知》上映。
2022年2月1日,參加《2022年東方衛視春節聯歡晚會》。
《長江七號》、《女人不壞》、《美人魚》、《妖貓傳》、《我和我的父輩》《白鹿原》、《錢學森》、《財神到》、《荒村公寓》、《不期而遇》、《情敵蜜月》、《蒸發太平洋》、《親愛的》、《刀見笑》等。
《云南蟲谷》、《龍嶺迷窟》、《誤入浮華》、《幕后之王》、《幻城凡世》、《旗袍美探》等。
2009年,提名第28屆香港電影金像獎最佳新演員-《女人不壞》。
2012年,獲第8屆中美電影節最佳女主角獎-《白鹿原》。
2013年,提名第13屆華語電影傳媒大獎觀眾票選最受矚目女演員獎-《白鹿原》。
2013年,獲第14屆中國電影表演藝術學會金鳳凰獎-學會獎-《白鹿原》、《錢學森》。
2013年,獲第20屆北京大學生電影節最受歡迎女演員獎-《白鹿原》。
2017年,獲第29屆香港專業電影攝影師學會專業電影攝影師眼中最具魅力女演員獎。
2017年,提名第36屆香港電影金像獎最佳女配角-《美人魚》。
2018年,提名第10屆澳門國際電影節最佳女配角獎-《妖貓傳》。
2018年,第12屆亞洲電影大獎最佳女配角獎-《妖貓傳》。
2020年,提名中國電視好演員獎(網劇組)。
2008年,獲中國最美50人-“風情之美”。
2009年,獲“星尚大典"2009年星尚紅毯先鋒人物。
2011年,獲中國銀幕2011年度十大風尚女演員。
2012年,獲《中國銀幕》雜志評選的“年度十大風尚人物”。
2013年,獲RCFA紅毯網2013年戛納電影節紅毯最佳著裝。
2013年,獲時尚Cosmo二十周年盛典Dream Icon夢想偶像。
2013年,獲BQ紅人榜壓軸大獎“年度紅人”。
2013年,獲時裝優雅盛典年度優雅典范。
2021年,獲2020微博之夜微博年度之星。