2002年，与章申、宁静等人参与由马功伟导演执导的年代剧《大马帮》，饰演“董学文”一角，2004年在北京4套播出 。
2007年，与郭铁城、陈紫涵联合主演，以抗战时期的延安为背景的战争剧《延安锄奸》，塑造了核心人物、老奸巨猾的间谍“陈纪元”，并一人分饰四角 。
2012年，与张正阳、张晋共同主演的古装武侠剧《南少林荡倭英豪》，在剧中饰演反一号三枝乱步。
2013年，出演纪念红军长征胜利80周年的红色电影《大局》 ；8月，凭借主演的短片《重返赛道》获得第9届北京国际体育电影周金奖 。
2014年，拍摄萧锋导演执导的近代革命谍战电视剧《生死兄弟情》，与郭晓冬等共同出演 ；同年再次与萧锋导演合作，主演《刀尖上的搏杀》 。2015年4月11日，革命谍战剧《生死兄弟情》（又名进城1949）播出，在剧中饰演潜伏在共产党内部的特务站站长“铁手” ；同年，主演励志电影《醉美人生》 ，并凭借该片获得G客原创视频颁奖盛典最佳男主角奖 ；12月25日，谍战剧《刀尖上的搏杀》首播，在剧中饰演关东军特务机关长“佐佐木” 。同年，与刘烨、布鲁斯威利斯、宋承宪、陈伟霆等人共同参与电影《大轰炸》的拍摄 。
2017年，出演的谍战悬疑剧《和平饭店》，在剧中饰演行为痕迹分析专家陈佳影的直属上司“野间平二”，该剧在2018年1月25日播出 ；同年，拍摄由郭敬明、白一骢担任编剧的网剧《爵迹·临界天下》；以及林楠导演执导的都市探险剧《黄金瞳》 ，饰演“中川凉介”。
2018年6月26日，与高瀚宇、季肖冰联袂出演的悬疑剧《S.C.I.谜案集》播出 ；同年，与朱一龙、胡军、陈楚河一起出演同类型电视剧《盗墓笔记重启之极海听雷》饰演“薛五” ；同年，与黄子韬等人合作特别主演青春热血剧《租界少年热血档案》 ；同年10月与霍建华、杨幂联合出演年代励志剧《筑梦情缘》杀青 。
2020年出演电视剧《爱很美味》。
在电视剧《延安锄奸》中，张帆出色的塑造了核心人物陈纪元，给观众留下了深刻印象。无论是对于角色本身的细心塑造，还是秉持职业精神忍受各种化妆品对身体的侵害，都让张帆饰演的人物形象丰满、故事鲜活 （导演林楠评）。
在电视剧《老爸的筒子楼》中，无论是丁劲松当上保卫科长的戏份，还是他率人强行带走吴梅的戏份，张帆都演绎得非常到位，将丁劲松的谨小慎微、虚伪势利、见利忘义、嚣张跋扈、歇斯底里刻画的入木三分。他不仅恰到好处地诠释出丁劲松这一特殊年代下悲剧人物的内心世界，而且还让人看不出表演的痕迹，难能可贵 （新浪娱乐、编剧刘增新综合评）。
张帆对于诠释反面人物，可谓驾轻就熟，《延安锄奸》中老奸巨猾的间谍陈纪元、《老爸的筒子楼》里嚣张跋扈的丁科长、《天下盐商》中邪恶大管家等角色，都刻画得形神具备。在电影《逆袭》中，张帆更是巧用独特新颖的表演手法来塑造角色，通过黑色幽默的演绎方式向观众呈现了一位异常生猛的娱乐圈大鳄，同时也将娱乐圈“买粉丝”、“恶性炒作”、“假新闻”等社会现象深刻犀利的展示给观众 （搜狐娱乐评）。