2004年，张晓晨被《时尚》杂志发现从而步入模特行业，先后拍摄《黑白无间》、《午后影像》 、《无因的反叛》 、《艳遇非洲》等平面大片，频频亮相于各类时尚杂志。2005年，参与第六届“黄金搭档杯”CCTV服装设计暨模特电视大赛，并荣获“最佳上镜奖”。2006年，参加东方卫视男性选秀节目《加油！好男儿》，并荣获总决赛第八名，同时获“最佳绅士风度奖”；同年，获“超级盛典””最具风格新势力奖。2007年，参演青春偶像剧《网球王子》，饰演关越；在都市爱情剧《青蛙王子》中饰演李知晨；参演爱情电影《追爱总动员》，饰演健豪；由其主演的话剧《红与黑》上演并在该剧中饰演克罗兹诺瓦；作为“新娱乐在线”的特派记者，赴洛杉矶参加第49届格莱美颁奖礼的报道。2008年，客串贺岁喜剧电影《婚礼2008》，饰演一名卧轨男；录制个人首支单曲《角色》；参演励志话剧《奋斗》，饰演陆涛。

2009年，参演古装宫斗剧《美人心计》，饰演梁王刘武。2011年，参演古装历史剧《水浒传》，饰演没羽箭张清。2012年，在古装历史传奇剧《隋唐英雄1、2》中饰演宇文成都；参演青春偶像剧《成人记》，饰演宋博。 2013年，在古装历史传奇剧《隋唐英雄3》中饰演杨藩；参演古装言情电视剧《新西厢记》并饰演张珙。2014年，参演古装搞笑电视剧《江南四大才子》，饰演正德皇帝；参演古装爱情电视剧《兰陵王妃》，饰演香无尘；在古装历史剧《大宋铜人》中饰演朵恩；参演惊悚枪战剧《冷枪手》，饰演柴福东。

张晓晨一直活跃在电视荧幕上，在《水浒传》、《西厢记》、《隋唐英雄传》等古装电视剧里的表现得到很多观众的认可。张晓晨并非科班出身，演技靠日积月累，慢慢摸索，从电影、话剧再到电视剧的驾驭，张晓晨逐渐从菜鸟变成了可以横跨电视、电影、话剧的全能小生。《新西厢记》导演路奇认为张晓晨是中国内地既年轻、气质又佳、演技出色的男演员，张晓晨的眼神迷人，能把“张生”演绎出“有故事”的境界。张晓晨的身上具有演员的天赋和灵性，是年轻人身上很难得见到的，每天都见他不停在练台词，表情眼神语气都很到位。