1998年，其主演的青春校园剧《表演系的故事》开播；10月19日，出演周友朝执导的励志电影《背起爸爸上学》，在片中饰演石娃的任课教师高老师。1999年，与邵兵、赵丽娟等主演青春励志剧《毕业生》，在剧中饰演一直对明月有好感的高干子弟杨子江；同年，与马精武合作主演剧情电影《澳门儿女》。

2000年，与李颖合作主演犯罪电影《危险关系》，在片中饰演男主角李锐；同年，与姜武、丁志城、王菁华合作主演爱情剧《前世今生》；9月21日，与孙敏领衔主演的剧情电影《睡不着》上映，他凭借该片获得第7届中国电影表演艺术学会金凤凰奖表演学会奖。

2001年，主演谢晓嵋执导的电视剧《帕米尔医生》，在剧中饰演支边医生吴天云；同年，与胡军、刘琳、李梦男合作主演战争电影《平原枪声》，在片中饰演地下工作者郑敬之；此外，他还主演了姜南执导的剧情电影《李秋实》。

2002年，为了开拓自己的事业，张嘉益将家搬到了北京；5月2日，与丁志诚、刘蓓、陈小艺合作主演的家庭伦理剧《不觉流水年长》播出，在剧中饰演与安琪假装恋爱的孙宝明；同年，与郑晓宁、李琳、刘昌伟合作主演犯罪剧《阳光代表》，在剧中饰演书生气十足的男主角吴书田；此外，他还主演了刘惠宁执导的电视剧《照亮灵魂的阳光》。

2003年8月12日，与王志飞、傅彪、宁静联袂主演的犯罪剧《真相的背后》，在剧中饰演与高飞是生死之交的刑警队长张小龙；12月3日，其出演的刑侦悬疑剧《立案侦查》播出，在剧中饰演副总经理任季昌。

2004年3月8日，与黄海冰、范冰冰、孙浩联合主演的古装武侠剧《萍踪侠影》首播，在剧中饰演大内高手张风府；3月24日，其出演的民国剧《天下第一楼》开播；9月29日，主演的军事题材剧《国家使命》播出，在剧中饰演北方大学研究生宋朝；10月9日，与柳云龙、杨雪、张恒联袂主演的犯罪悬疑剧《变脸》播出，在剧中饰演舒小凡相恋已久的未婚夫齐明宣，后多次整容变身为史哲明。

2005年，出演冯巩执导的喜剧电影《心急吃不了热豆腐》；9月14日，其出演的都市情感剧《好好过日子》播出；9月17日，与孙红雷、陈小艺合作主演都市生活剧《半路夫妻》首播，在剧中饰演有点窝囊的乘警江建平；10月27日，与赵小锐、修宗迪、李建义联袂主演的刑侦剧《使命》播出，在剧中饰演清水市公安局长林荫。

2006年2月9日，与吴君如、张晨光联袂主演古装喜剧《天下第一媒婆》，在剧中饰演宋双双的丈夫，后中状元的郑万钧；3月13日，其主演的家庭伦理剧《生死劫》首播，在剧中饰演有才华的设计师袁牧野；7月28日， 其主演的犯罪悬疑剧《肇事追踪》播出，在剧中饰演刑警队队长唐国栋；12月7日，其主演的乡村剧《农民代表》播出。

2007年，领衔主演纪实刑侦剧《国家形象》，在剧中饰演公安部门五人重案组负责人赵刚；4月21日，其主演的都市爱情剧《为爱结婚》播出，在剧中饰演不仅形象俊朗而且事业有成的祝延风；4月12日，其主演的 家庭剧《温暖》播出，在剧中饰演严家长子严志国；9月10日，与王海燕合作主演人物传记电影《冯志远》，在片中担纲男主角，饰演自愿到宁夏回族自治区任教的冯志远，该片被国家广电总局电影局列入“2007年度重点影片”；12月3日，其主演的都市情感剧《女人心事》播出。

2008年1月22日，与陈小艺、林晓凡、石凉联袂主演的年代家庭伦理剧《因为有你》播出，在剧中饰演王高的生父臧峻岭；3月4日，其主演的家庭情感剧《前妻回家》首播，在剧中担纲男主角，饰演秦腔剧团导演李想；3月13日，其主演的犯罪悬疑剧《你有权保持沉默》播出，他在剧中所饰演的集团老板顾忠石实际上是黑社会的幕后操手，与重大案件有牵扯；4月1日，与成泰燊、刘威葳合作主演家庭亲情电影《左右》，在片中饰演枚竹的前夫肖路；12月24日，其出演的军旅剧《我是太阳》播出。

2009年1月1日，其主演的民国剧《采桑子之妻室儿女》开播，在剧中饰演少年老成、精明强干的金舜錤；3月18日，与张国立、赵涛合作主演的都市生活剧《大生活》开播；4月15日，其主演的剧情电影《车祸疑云》上映；与此同时，其主演的抗战剧《军医》开播，在剧中饰演心狠手辣的张师长；7月24日，与徐峥、李小璐、乔任梁联合主演的喜剧电影《夜·店》上映，在片中饰演操着陕西口音的珠宝店劫匪；11月，张嘉益与海清、文章主演的伦理剧《蜗居》在东方卫视播出，在剧中饰演多金、英俊、有才华的出轨男宋思明。

2010年1月21日，其主演的刑侦剧《沉默》播出；1月28日，与海清领衔主演的家庭伦理剧《鲜花朵朵》首播， 在剧中饰演痴情专一的董良辰；10月8日，与朱媛媛领衔主演的家庭情感剧《瞧这一家子》首播，在剧中饰演综合性大学的社会学系教授刘立成；11月9日，与柳云龙领衔主演的谍战悬疑剧《告密者》开播，在剧中饰演内心强大且性格丰富的监狱高级审讯员杜盛奎；11月5日，其出演的剧情电影《日照重庆》，在片中饰演警察刘成。

2011年2月10日，张嘉益与邓超合作主演的亲情剧《你是我兄弟》在上星播出，在剧中饰演谦厚老实的大哥马学武，该剧凭借9.83的收视率获得北京卫视年度收视冠军；3月3日，担纲男一号的谍战剧《借枪》播出，在剧中饰演窘迫特工熊阔海，凭借该剧获得第17届上海电视节白玉兰奖最佳男演员奖；4月18日，主演的抗战剧《双枪李向阳之再战松井》播出，在剧中饰演武工队队长李向阳；5月27日，其主演的年代商战剧《云飞丝路天》播出；6月15日，参演的革命历史电影《建党伟业》，在片中饰演李大钊；11月8日，其出演的爱情电影《失恋33天》上映，在片中饰演和蔼可亲的老板大老王。

2012年1月3日，主演的谍战剧《悬崖》上星播出，饰演优雅冷静的男主角周乙，与咏梅扮演一对“潜伏”的真实夫妻，张嘉益除了出演男主角，还担任艺术总监，他亦凭借该剧获得安徽卫视国剧盛典年度最佳男演员奖、华鼎奖中国百强电视剧颁奖典礼最佳男主角奖及观众最喜爱十佳电视明星奖等多个奖项；5月3日，与吴秀波、海清合作主演的医疗剧《心术》在上星播出，张嘉益在剧中饰演神经外科医生刘晨曦；6月30日，其主演的都市 职场剧《浮沉》播出，在剧中饰演改制国企的厂长王贵林；9月9日，参演的公安题材电视剧《营盘镇警事》播出，在剧中饰演基层派出所所长范党育，凭借该剧获得第27届中国电视金鹰奖观众喜爱男演员奖以及最具人气男演员奖、第15届中国电影华表奖和第29届中国电视剧飞天奖优秀男演员奖；10月26日，其出演的都市爱情电影《三个未婚妈妈》上映，在片中饰演暴发户刘二彪。

2013年1月29日，与王一鸣、肖逾榛联袂主演的喜剧电影《愤怒的小孩》上映，在片中饰演孙小傲的爸爸孙建业；3月31日，获得CCTV中国电视剧年度明星盛典年度十佳男演员奖；5月17日，其主演的剧情电影《天注定》上映，在片中饰演在广东开厂的商人、小玉的情人；6月8日， 其参演的情景喜剧《快乐制造》开播。

2014年2月27日，张嘉益与吴秀波合作主演的都市情感剧《结婚的秘密》播出，在剧中饰演海归高富帅关浩天；3月19日，搭档闫妮、江疏影等主演的都市情感剧《一仆二主》在上星播出，张嘉益在剧中饰演安分守己的中年大叔杨树，凭借该剧获得安徽卫视国剧盛典年度最佳男演员奖。5月，与刘涛、聂远等合作主演的电视剧《花红花火》播出；4月4日，作为帮唱嘉宾参加湖南卫视歌手竞技节目《我是歌手第二季》总决赛，与韩磊、胡彦斌合唱歌曲《掀起你的盖头来》；5月16日，其参演的剧情电影《归来》上映；7月25日，为上映的动画电影《秦时明月之龙腾万里》中的卫庄配音；8月8日，在历史剧《历史转折中的邓小平》中饰演习仲勋；9月23日，主演的年代情感剧《爷们儿》上星播出，张嘉益在剧中饰演空军机械师李国生；10月1日，其参演的剧情电影《黄金时代》上映；11月25日，与刘涛、聂远联袂主演的年代剧《花红花火》首播；12月1日，与宋佳、胡歌、黄志忠联袂 主演的战争剧《四十九日·祭》播出，在剧中饰演教堂中的“伪神父”中国人法比，他则凭借该剧获得第20届亚洲电视大奖最佳男主角奖；12月31日，其主演的清装剧《大清盐商》播出，在剧中饰演扬州盐务四大总商之一的汪朝宗。

2015年3月12日，与任重、张萌、曾泳醍联袂主演的都市情感剧《敢爱》首播，在剧中饰演温文儒雅且成熟稳重 的老板任我行；5月18日，与曾黎、田征联袂主演的都市情感剧《为爱坚守》播出；6月14日，与倪大红、王海燕、左小青联合主演的都市情感悬疑剧《后海不是海》播出，在剧中饰演善良踏实的中年大叔石墨，凭借该剧获得第1届上海电视剧制播年会暨中国电视剧品质盛典年度最具表现力男演员奖；12月8日，其主演的都市情感励志剧《幸福的方向》播出。

2016年6月30日，其主演的革命战争情感剧《生死黎平》首播，在剧中饰演老谋深算、雷厉风行且做事果断的霸气军阀唐国勋；10月21日，与由张粟、吕一、姬他、封柏合作出演的革命战争剧《红旗漫卷西风》播出，在剧中饰演中山军事学校校长程慕贤；11月18日，与范冰冰、郭涛、大鹏合作主演的喜剧电影《我不是潘金莲》上映，在片中饰演市长马文彬。

2017年，与张一山合作主演的都市剧《大叔与少年》开机，在剧中饰演刑满出狱的60后男人杨金刚；4月16日，由其主演并担任艺术总监的年代剧《白鹿原》上星首播，张嘉益饰演白鹿原上的灵魂人物白嘉轩；4月17日，其主演的都市刑侦剧《卧底归来》播出，在剧中饰演代号“芳芳”、睿智冷静的公安局长房庆隆；10月30日，主演的都市医疗剧《急诊科医生》播出，在剧中饰演成熟稳重且心思细腻的燕京大学国际医院急诊科主任医师何建一；11月6日，其主演的都市职场剧《猎场》播出；11月13日，与王晓晨领衔主演的都市轻喜剧《我的！体育老师》播出，张嘉益在剧中饰演多才多艺的体育老师马克；11月22日，与果靖霖、姜武、曲哲明领衔主演的都市情感剧《生逢灿烂的日子》播出，在剧中饰演随性、幽默的郭家老二郭小海。

2018年1月1日，获得国剧盛典年度实力剧星奖；2月28日，主演的都市家庭剧《美好生活》播出，在剧中饰演典型的问题中年男人徐天，凭借该剧 获得第24届华鼎奖中国百强电视剧最佳男主角奖。

2019年6月9日，领衔主演的都市家庭剧《少年派》首播，在剧中饰演林妙妙的父亲林大为；7月16日， 其 特邀出演的古代传奇剧《九州缥缈录》播出，在剧中饰演唐国国主百里景洪；9月30 日，其主演的剧情电影《我和我的祖国》上映；11月6日，特别出演的战争剧《河山》播出，在剧中饰演国军第二战区政训部主任、陆军少将简秀章。

2020年9月29日，与雷佳音、杨洋、朱亚文联袂主演的抗疫报告剧《在一起》播出，在剧中饰演江汉医院前任院长张汉清；11月29日，领衔主演的都市情感剧《装台》在播出，在剧中饰演吃苦耐劳、坚韧不拔的装台工刁大顺，张嘉益凭借该剧获得“影视榜样·2020年度总评榜”最佳男主角奖，提名
第33届中国电视剧飞天奖优秀男演员奖、第31届中国电视金鹰奖最佳男主角奖等多个奖项。

2021年1月12日，主演的脱贫攻坚剧《山海情》播出，在剧中饰演涌泉村村长马喊水，他凭借该剧提名第27届上海电视节最佳男配角奖；2月7日，参演的都市轻喜剧《小幸福》上星播出；4月23日，领衔主演的剧情电影《空中之城》上映，在剧中饰演中年调酒师陆博承；7月1日，参加的庆祝中国共产党成立100周年文艺演出《伟大征程》播出，与黄渤、黄轩、闫妮、王雷等合作表演《小康之歌》；7月13日，与沙溢、刘敏涛联袂主演的都市家庭剧《对你的爱很美》开播，在剧中饰演性格善良老实忠厚且厨艺精湛的牛肉面老板兼主厨王大山；9月30日，与闫妮领衔主演的爱情喜剧电影《玩命三日》上映，在片中饰演男主角汪野。

2022年1月27日，张嘉益主演的古装探案悬疑剧《大唐狄公案》官宣阵容；5月28日，特别主演的都市爱情悬疑剧《安娜的爱人》播出，在剧中饰演唯利是图的商人林父；7月21日，与闫妮、赵今麦等联袂主演的都市家庭教育剧《少年派2》播出；11月15日，与李乃文、王雷、胡明联袂主演的脱贫攻坚剧《山河锦绣》播出，在剧中饰演企业家卢伟金；12月23日，领衔主演的革命历史剧《破晓东方》播出。

2023年3月16日，友情客串的情感悬疑剧《回响》播出，在剧中饰演贝贞的丈夫洪安格。

2024年2月1日，领衔主演的电视剧《欢乐家长群》播出；2月6日，参演电视剧《大唐狄公案》播出。8月28日，领衔主演的电视剧《欢乐家长群2》开机。9月10日，凭借电视剧《破晓东方》入围第32届中国电视金鹰奖最佳男主角。10月3日，主演的电视剧《花开如梦》播出。

张嘉益的父母都是知识分子，对其家教很严。他在家排行老五，有4个哥哥1个妹妹。

2001年，张嘉益因拍摄电视剧《帕米尔医生》女演员杜珺相恋，之后两人便结婚了，由于双方不成熟，婚后不久便离婚了。

2004年，张嘉益与女演员王海燕因合作电视剧《国家使命》相识并相恋，两人于2007年结婚。2010年9月19日，二人的女儿张译心出生。

2020年8月6日，张嘉译改名为张嘉益。

2011年3月，张嘉益来到上海参加了明星慈善节目《闪电星感动》录制，为家乡陕西的儿童募集善款修缮校舍， 最终筹得8万元善款。

2012年5月30日，参加“大爱正心”公益活动，为救助贫困先天性心脏病儿童募集善款。

2014年3月，张嘉益与闫妮拍了一支公益广告，二人现身演绎“雾霾污染”带来的困扰，并倡导大家“拒绝一天二色，从我做起”。2017年6月1日，出席“关爱儿童，反对拐卖”反拐宣传活动，被正式授予“中国反拐义务宣传员”，呼吁全社会关注儿童反拐事业的有效开展；6月26日，出席在西安举行的“拒绝毒品 你我同行”禁毒宣传活动，被陕西省禁毒委颁发了陕西省禁毒宣传形象大使聘书。

2019年8月19日，张嘉益来到陕西周至县参加“星动陕西”公益扶贫活动，在猕猴桃园里开启了公益宣传片的拍摄。

2020年1月，参加“与思源一起驰援湖北疫情”活动，与王海燕共同向中华思源工程基金会捐款50万元；12月29日，张嘉益受聘担任电影界职业道德建设委员会委员。

2024年10月25日，张嘉益受聘西安市人才协会智库专家。

张嘉益是个很有实力的西安演员，而且他的戏路很广。电视剧《帕米尔医生》中让人肃然起敬的吴天云，《24小时警事》中性格刚烈的陈奕名，《希望之城》中经历坎坷的赵国梁，《天下第一楼》中争强斗胜的瑞英，《半路夫妻》中性格善良、但看起来有点儿窝囊的江建平，这些角色面目不同性格也南辕北辙，但在张嘉益演来，都是驾轻就熟活灵活现。他的表演总能恰到好处地呈现出个人气质与角色需要之间的张力。此外，张嘉益还被众多网友评为“2006年最被忽视的男演员”，虽然这是对其演技的极大肯定，但也从一方面说明了这个西安男人一贯以来低调的处事原则。（《西安晚报》、新浪评）

张嘉益演戏“很准确”（闫妮评），他是一位成熟、优秀的演员（刘惠宁评）。张嘉益因出演了超过1000集电视剧而成为影视界的劳模，并因此获得了“戏疯子”的称号。在电视剧《借枪》中，他将底层小人物熊阔海这个正义又俗气的角色诠释得形神兼备，再次用精湛的演技赢得了观众的认可和掌声。张嘉益靠实力打拼从一个无名小卒一步步走来，他身上特有的执着让他即使在看不到希望的时候，也一直在坚持。而在片场，张嘉益则非常敬业。（许戈辉、新浪评）

在电视剧《一仆二主》中，身为“老爸专业户”的张嘉益则演绎了一位独自抚养处于青春期女儿的单亲爸爸，让观众感受到了“中国式老爸”或幽默风趣、或严厉固执，不变的是他们对子女深沉的爱，观众可以在轻松愉快的氛围中体会这份如山父爱，感受生活中不善言辞的父亲们的真实一面。此外，在一组写真照片中，张嘉益挺括风衣着身，内搭裁剪精致衬衫，简约黑白与其儒雅气质相得益彰，玩味的表情更添成熟魅力。（北青网、新浪评）