2004年，正在大四實習階段的張歆藝接了人生第壹部電視劇《風吹雲動星不動》，該劇由著名導演趙寶剛監制、劉心剛執導，張歆藝出演劇中最艷麗的女子林墨琴，壹位上海灘上馳名的紅妓，演藝生涯就此開始 。
2005年，出演趙寶剛導演的《給我壹支煙》，並首次擔任主角，憑借舞女“葉子”走到了觀眾面前。
2006年，客串了喜劇片《武林外傳》飾演小青。同年張歆藝與王誌文、王誌飛、呂涼、童瑤出演了由導演郭靖宇的《龍虎人生》 ，作為剛畢業不久還算是新人的張歆藝在這部作品裏面,獨挑大梁擔任女主角,在劇中飾演楊冠雨（王誌文飾）妻子何雪珍 。
2007年，張歆藝攜手李晨出演電視劇《五月的鮮花》，這部被譽為《玉觀音》姊妹篇的年代苦情大戲是由《外來妹》、《福貴》的著名編劇謝麗虹和導演郭劍壹根據小說《謝雨的大學》***同改編的 。在該劇中，女壹號張歆藝壹改往日戲路，由《夜雨》中的夜總會公主轉變為命運坎坷的鄉村教師，壹個帶著女兒的單親媽媽，歷經人生中壹次又壹次的不幸，角色非常考驗演技 。該劇壹經播出便拿下了遼寧、山東等地收視冠軍，無數觀眾被兩位主人公穿越生死的純真愛情所打動 。同年攜手王學兵、王慶祥、張光北等實力演員出演電視劇《羊城暗哨》，這樣壹個在現實生活中時尚，新潮的女孩在劇中刻畫了壹個遠離現實生活有著自己信念的女政委 。同年出演《無處安放的青春》中，憑借率性而為的杜曉彬獲得了2007年潛力紅人獎。
2008年，張歆藝、沈佳妮、陳思成、張子晨等80後知名演員主演了由胡坤執導的電視連續劇《愛是壹顆幸福的子彈》，該劇描述了壹部八十年代的青春斷代史，揭露了八十年代男女青年隱秘的生存與情愛秘笈，並被喻為壹部阿爾莫多瓦式的影視作品 。“子彈迷”們對《子彈》中的女主角“大姐大”衛鐵民的熱議壹浪高過壹浪，並高呼衛鐵民的扮演者張歆藝演技超群，衛鐵民的塑造堪稱經典 。同年6月，張歆藝、王誌飛主演電視劇《天地有愛》在深圳開機 。同年出演家庭倫理題材電視劇《小家大事》，在劇中擔任女壹號飾演宋盈盈，與李立群、奚美娟、丁佳麗等表演藝術家合作。其中，和李立群飾演壹對相依為命的父女 。
其中張歆藝演唱的電視劇片尾曲《我要的幸福》受到壹致好評，更是讓很多觀眾在網上瘋狂搜索。其實片中她在“靚麗女生”海選上演唱的歌曲《覺得》也是自己在2007年已經錄制的單曲，這展示了張歆藝除了表演以外在唱歌方面的才華，李立群對張歆藝更是贊不絕口 。
2009年，由張歆藝、王誌飛聯袂出演，著名導演趙寶剛傾情加盟飾演大反派的大型諜戰劇《蘇菲的供詞》推出後收視壹路飄紅，劇中張歆藝首次挑戰女間諜角色飾演蘇菲，這個角色極具挑戰性，不僅要演壹個命運淒苦的未婚媽媽，還要演出壹個受到脅迫內心糾結的女間諜 。本劇播出後，張歆藝演繹的苦情媽媽備受好評，展現了“百變女王”的精湛演技 。同年6月，由張歆藝、賈壹平聯袂主演的都市情感懸疑劇《燃燒的玫瑰》召開了開播發布會 。同年7月，張歆藝、靳東、石天琦、孟瑤等聯袂主演的26集電視連續劇《風雨上海灘》在橫店開機 。同年張歆藝攜手王學兵、李光潔主演國內首部反映醫療黑幕的電視劇《柳葉刀》，張歆藝在劇中飾演的許曼為了調查在心臟外科事故中離奇死亡的妹妹而潛入醫院，偵查內幕，上演了壹部熒屏醫院版《無間道》，該劇在北方播出時被冠以“醫院裏的三國演義，心外科的赤壁大戰”的美譽 。
2010年，攜手廖凡、胡可***同主演電視劇《風聲傳奇》，身為青年演員的她頂著壓力挑戰周迅塑造過的顧曉夢壹角，她以兩種不同的花恰如其分地比喻自己在劇中的角色特點。
2011年，同賈乃亮壹同參演《新拿什麽拯救妳，我的愛人》，飾演的“羅晶晶”壹角。同年，張歆藝、湯鎮宗領銜主演諜戰劇《紅妝》，與壹般諜戰劇的男性視角不同，這部發生在 1949年至1959年期間的情報鬥爭大劇，講述了壹位柔弱的女性如何隱姓埋名從事情報工作，張歆藝在片中變身成壹個不折不扣的“打女” 。10月，張歆藝、範偉、王雅捷、牛犇、張洪傑、寇振海、王喜等壹眾實力派演員聯袂主演的都市輕喜劇《先結婚後戀愛》，經過三個月的緊張拍攝後，低調殺青。該劇通過範偉飾演的婚慶師滕飛和張歆藝飾演的辣媽喬麥、王雅捷飾演的前妻劉麗之間的情感糾葛，呈現了當代都市人面臨的情感危機。劇中，時尚靚麗的索女張歆藝本色出演都市辣媽，挑戰顛覆老實巴交形象變身“潮男”範偉，嬉笑怒罵之間讓人體味人生百態 。同年12月，由喬梁執導，張歆藝、潘虹、張譯領銜主演電視劇《新上門女婿》（原名《倒插門》）登陸央視8套 。同年張歆藝還客串劇版《失戀33天》。
2012年，憑借熱播劇《北京愛情故事》中爽朗率性的“夏姑娘”林夏壹角而人氣上升。同年，客串出演電視劇《艾米加油》 ，主演楊樹鵬指導的電影《匹夫》，受到更多的關註。 同年10月，由徐崢與宋佳、梅婷、車曉、馬蘇、隋蘭、張歆藝六位美女大談戀愛的都市輕喜劇《大男當婚》 在浙江、安徽、深圳、北京四大衛視熱播後，收視率連續保持收視率全國第壹，開啟剩男時代大討論 。張歆藝此番在劇中挑戰的形象是單身辣媽，雖然在戲裏戲外都從未體驗過母親的身份，張歆藝卻很好地表達出了劉晨曦獨立自信、充滿母性光輝的女人味，獲得觀眾的壹致認可 。在2012年“80後新生代娛樂大明星”評選活動中，張歆藝被評選為內地新“四小花旦”（與楊冪、劉詩詩及白百何）之壹。
2013年1月，張歆藝領銜主演的美國國際棉花協會“天然美棉 真我生活”首部微電影《遇見真實的自己》首映儀式在廣州成功舉行 。2013年，張歆藝攜手陳寶國、斯琴高娃主演《大宅門1912》，飾演“路青青” ，該劇5月10日開播，就成為當月電視劇收視的黑馬，尤其是北京、天津衛視更是以破十的收視率壹路飄紅，遙遙領先其他同檔期電視劇。許多網友對張歆藝可愛誇張的表演提出了異議，但是從郭寶昌導演到陳寶國、斯琴高娃等表演前輩都表示對張歆藝的表演十分滿意。隨著收視壹路攀升，劇中女壹號路青青的扮演者張歆藝的呼聲也越來越高，被稱為整部戲的最大亮點 。同年主演由著名編劇王靜茹執筆、導演王小康執導，張國立主演的電視劇《老公的春天》，飾演“大叔控”的莫小莉 。
2014年，主演電視劇《新閨蜜時代》，在劇中獲眾多時尚品牌贊助的張歆藝。同年出演電視劇《甜蜜都市》、《絕愛》，同時客串了好友柳小海主演的網絡劇《怪咖啡》，飾演咖啡店老板前女友李啦 。同年4月，由高滿堂編劇，安建執導，張歆藝、陳寶國、李小冉、印小天主演的《大河兒女》在央視收視飄紅，播出以來連創幾次收視榜首 。劇中張歆藝所扮演的角色十分搶眼，性格潑辣風騷，頗像《龍門客棧》的金鑲玉 。同時張歆藝憑借在本劇中出演六姑角色，奪得2014年度“國劇盛典”觀眾最喜愛劇中角色女演員 。4月4日，都市青春勵誌劇《把生米做成熟飯》在北京開機。該劇由張勇擔任制片人，趙修賓任編劇，劉心剛執導。張歆藝、黃覺、孫菲菲、黃猛領銜主演，牛萌萌、張紹榮、姚剛、徐敏等人傾情加盟 。10月8日，由中央新影集團出品，著名導演路陽執導，張歆藝攜手袁弘、袁文康聯袂出演的大型史詩歷史電視劇《解憂公主》輾轉拍攝三個多月，正式殺青 。11月8日，30集電視劇《真相》在北京開機，張歆藝與袁弘、江珊、孫淳等眾多明星演繹都市懸疑情感大劇 。12月12日播出的超人氣節目《奔跑吧兄弟》迎來了第十期節目“楚漢之爭”，張歆藝、袁弘、郭京飛作為嘉賓參與 。
2015年3月8日，電視劇《三個奶爸》在京舉行發布會。導演劉愷攜李晨、張歆藝、陳赫、張萌、田雷、李倩等眾主創首次集結亮相。本劇由著名編劇趙冬苓、張雲霄執筆，講述了不同年齡、不同閱歷、性格迥異的新壹代都市青年男女，因為壹個突如其來的嬰兒而使生活逐步改變，在處理感情、職場、家庭等各方面問題時，不斷成長與變化的逗趣故事 。8月20日，由劉江執導，張靜初、袁弘、張晞臨、秦嵐、明道、張歆藝等多位高顏值當紅明星加盟主演的都市情感偶像劇《咱們相愛吧》在北京舉行開機儀式 。