2012年,在刘进执导的都市生活轻喜剧《抹布女也有春天》中饰演女主角罗小葱的同学江黛;同年,领衔主演警匪刑侦剧《真凶难逃》,饰演刑警队女队长程华。
2014年,参与胡歌、刘涛主演的古装传奇剧《琅琊榜》,在剧中饰演莅阳长公主。
2015年8月31日,出演的谍战悬疑剧《伪装者》登陆湖南卫视金鹰剧场独播,本剧中是一个隐藏在上海的地下工作者,以医生的身份作为表面掩护,其实际是共产党行动组的一个组员,负责给妹妹程锦云秘密传达任务。通过《琅琊榜》与《伪装者》,张棪琰才被观众所关注。
2017年,在沈严执导的都市情感剧《我的前半生》中出演商场女强人苏曼殊;11月,参加演技竞演类励志综艺节目《演员的诞生》,与姜宏波、芮伟航一起演绎《大楚后宫》。