张嘉益从小在西安长大，曾客串陕西歌舞剧院表演。1987年，张嘉益高中毕业，考入北京电影学院表演系。1991年，张嘉益大学毕业，被分配回老家，进入西安电影制片厂。
1995年，张嘉益与胡亚捷合作电视剧《道北人》出演张建国。
2001年，在电视剧《帕米尔医生》中饰演支边医生吴天云。
2004年，张嘉益参演《国家使命》。
2006年，参演电视剧《半路夫妻》出演乘警江建平。
2007年，在电视剧《国家形象》中出演缉毒警察，饰演公安部门五人重案组负责人赵刚。
2009年，张嘉益与海清、文章主演电视剧《蜗居》，凭借“宋思明”走红。
2010年，张嘉益与柳云龙领衔主演谍战悬疑剧《告密者》，挑战反派杜盛奎。
2011年，张嘉益与邓超合作《你是我兄弟》，扮演谦厚老实的大哥马学武；3月，由导演姜伟、作家龙一打造的谍战剧《借枪》播出，扮演最窘迫的特工“熊阔海”，并凭借《借枪》夺得第十七届上海电视节白玉兰最佳男演员奖；4月，参演电视剧《双枪李向阳之再战松井》饰演李向阳；6月，参演电影《建党伟业》饰演李大钊。
2012年，谍战剧《悬崖》登陆东方卫视、黑龙江卫视和天津卫视，张嘉益在剧中饰演周乙，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；5月，与吴秀波、海清合作医疗题材电视剧《心术》饰演刘晨曦；9月，参演公安题材电视剧《营盘镇警事》，出演基层派出所所长范党育。
2013年，与妻子王海燕、吴秀波主演电视剧《结婚的秘密》，饰演的是海归高富帅关浩天；8月，张嘉益同闫妮、江疏影等主演都市情感剧《一仆二主》，饰演安分守己的中年大叔“杨树”，该剧于2014年3月19日首播，占据了卫视电视剧收视排行榜冠军，创造了2014年最高收视率2.387%。
2014年，跨年代情感剧《爷们儿》在海口开机，张嘉益在剧中饰演空军机械师李国生一角；3月，张嘉益与妻子王海燕合作，主演电视剧《幸福双黄线》；4月4日，与胡彦斌担任韩磊《我是歌手2》的帮唱嘉宾；5月，张嘉益携手刘涛、聂远、姬他等主演电视剧《花红花火》；8月8日，张嘉益在《历史转折中的邓小平》中饰演习仲勋；9月7日，《我的老婆大人是八零后》在上海开机，剧中饰演60后冰山大叔董靖晖；10月12日，张嘉益凭借电视剧《营盘镇警事》获得观众喜爱的电视剧男演员奖，并且获得由观众投票选出的最具人气演员奖；同年结束《后海不是海》的拍摄后，前往澳大利亚参加“澳世盛宴”，并获“澳洲之友”称号。
2015年，主演史诗大剧《白鹿原》并担任艺术总监，扮演白鹿原上的灵魂人物白嘉轩；同年参演电视剧《花开如梦》，饰演上海滩娱乐大亨孟雨农；客串电视剧《猎场》，饰演胡歌作为猎头猎取的第一个大人物曲闽京。
2016年，主演的悬疑情感电视剧《安娜的爱人》在三亚开机；4月27日，主演的电视剧《北京人在北京》在京召开新闻发布会；9月12日，2016央视中秋晚会节目单公布，张嘉益在列。
2017年，由张嘉益主演并担任艺术总监的《白鹿原》播出，同年主演都市情感剧《美好生活》、《大叔与少年》。同年，参演电视剧《我的！体育老师》。
2017年，张嘉益凭借《白鹿原》获得2017年第八届澳门国际电视节最佳男演员提名。
2018年，获得2017国剧盛典年度实力剧星奖。1月上旬，张嘉益参演的《美好生活》北京卫视播出。3月，入选《中国电视剧60年大系•人物卷》。3月18日，获“剧耀东方2018电视剧品质盛典”“中国电视剧四十年杰出表演剧星”奖，并与王凯、张译、黄晓明一起演唱歌曲《光阴的故事》。3月23日，参加央视大型人文艺术节目《信中国》。同日，参加综艺节目《今夜现场秀》。5月24日，凭借《白鹿原》入围24届上海电视节白玉兰奖中国电视剧单元最佳男演员奖。8月15日，获得第29届中国电视金鹰奖观众喜爱的男演员奖提名。11月9日，凭借《美好生活》获第24届华鼎奖中国百强电视剧最佳男主角奖。
2019年，参演的电视剧《深渊行者》播出。1月12日，凭借《白鹿原》获第四届亚洲彩虹盛典最佳电视剧男主角奖。1月21日，获1978卓越大奖改革开放40年全国十佳男演员提名。6月9日，参演的电视剧《少年派》在湖南卫视播出，在剧中饰演林大为。7月16日，参演的电视剧《九州缥缈录》在浙江卫视播出，在剧中饰演百里景洪。9月，参演电视剧《我待生活如初恋》，在剧中饰演刁顺子。9月30日，参演的电影《我和我的祖国》上映。11月6日，参演的电视剧《河山》在北京卫视播出，在剧中饰演简秀章。
2020年，主演的电影《玩命三日》在中国大陆上映，在剧中饰演汪野。4月15日，参演的电视剧《冰雨火》开机。同年，参演电影《猎网行动》。7月28日，参演的电视剧《闽宁镇》开机，在剧中饰演马喊水。8月，参演电视剧《理想之城》。8月27日，2020福布斯中国名人榜发布，张嘉益排名第77位。9月15日，获第七届中国电视好演员蓝组男演员提名。9月29日，参演的电视剧《在一起》定档在东方卫视、腾讯视频、爱奇艺和优酷播出，在剧中饰演张汉清。10月18日，主演的电视剧《对你的爱很美》开机，在剧中饰演王大山。
安娜的爱人2020 饰演林父 导演刘惠宁 主演陈娅安、李承铉、陈小艺
花开如梦2020 饰演孟雨农 导演刘惠宁 主演董洁、王琳、张鲁一
大叔与少年 2020 饰演杨金刚 导演管虎、费振翔 主演张一山、曲凌子、宣言
闽宁镇 2020 饰演马喊水 导演孔笙、孙墨龙 主演黄轩、闫妮
我待生活如初恋2020 饰演刁顺子 导演李少飞 主演闫妮、宋丹丹、秦海璐
在一起 2020-10 饰演医生 导演张黎 主演谭卓、周一围
河山2019-11-06 饰演简秀章 导演王新军 主演王新军、秦海璐、韩立
九州缥缈录2019-07-16 饰演百里景洪（特邀出演） 导演张晓波 主演刘昊然、宋祖儿
少年派2019-06-09 饰演林大为 导演刘惠宁、李少飞 主演闫妮、赵今麦、刘孜
美好生活 2018-02-28 饰演徐天 导演刘进 主演李小冉、牛莉、辛柏青
生逢灿烂的日子 2017-11-22 饰演郭小海（老二） 导演周友朝 主演姜武、果静林、车晓
我的！体育老师2017-11-13 饰演马克 导演林妍 主演王晓晨、王维维、张子健
猎场2017-11-06 饰演曲敏京 导演姜伟 主演胡歌、孙红雷、万茜
急诊科医生2017-10-30 饰演何建一 导演郑晓龙 主演王珞丹、王珞丹、柯蓝
卧底归来2017-04-17 饰演房庆隆 导演刘光 主演林申、李沁、刘奕君
白鹿原2017-04-16 饰演白嘉轩 导演刘进 主演何冰、秦海璐、雷佳音
红旗漫卷西风 2016-10-21 饰演程慕贤 导演王飞 主演张粟、吕一、姬他、杜志国
生死黎平2016-06-30 饰演唐国勋 导演赵镭 主演苏青、何晟铭、周卫涛
少帅2015-12-29 饰演李大钊 导演张黎 主演文章、宋佳、李雪健
乱世书香2015-12-25 饰演徐简博 导演杨磊 李伟 主演吴秀波、陶虹、姜武
老婆大人是80后 2015-12-23 饰演董靖晖 导演刘进 主演杜淳、于明加、朱锐
幸福的方向2015-12-08 饰演苏市长 导演谭朗昌 主演穆婷婷、何晟铭、颖儿
后海不是海2015-06-14 饰演石墨 导演韩晓军 主演王海燕、倪大红、左小青
妻子不设防2015-05-18 饰演梁天 导演程路 主演曾黎、黄海冰、田征
敢爱2015-03-12 饰演大鳄 导演王迎 主演任重、张萌、曾泳醍
大清盐商2014-12-31 饰演汪朝宗 导演张黎 主演张志坚、倪大红、莫小棋
花红花火2014-12-22 饰演沈家门 导演张汉杰 主演刘涛、聂远、王鸥
四十九日·祭2014-12-01 饰演法比 导演张黎 主演宋佳、胡歌、黄志忠
爷们儿2014-09-23 饰演李国生 导演刘惠宁 主演小宋佳、左小青、朱锐
历史转折中的邓小平2014-08-08 饰演习仲勋 导演吴子牛 主演马少骅、唐国强、萨日娜
一仆二主2014-03-19 饰演杨树 导演刘进 主演闫妮、姬他、江疏影
结婚的秘密2014-02-27 饰演关浩天 导演欧阳升 主演王海燕、吴秀波、孙思翰
营盘镇警事2012-09-09 饰演范党育 导演马进 主演王海燕、丁海峰、郭京飞
浮沉2012-06-30 饰演王贵林 导演滕华涛 主演白百何、王志飞、王耀庆
心术2012-05-03 饰演刘晨曦 导演杨阳 主演海清、吴秀波、翟天临
雪狼谷2012-02-03 饰演郝国政 导演连奕名 主演连奕名、杜淳、杨若兮
悬崖2012-01-03 饰演周乙 导演刘进 主演小宋佳、咏梅、程煜
下海2011-10-22 饰演陈志平 导演王晓明 主演刘蓓、范明、李歌
请你原谅我2011-07-28 饰演张忆 导演刘惠宁 主演吴秀波、海清、吴越
云飞丝路天2011-05-27 饰演何天宝 导演张汉杰 主演张磊、张延、赵春羊
借枪2011-03-03 饰演熊阔海 导演姜伟 主演罗海琼、颜丙燕、张子键
你是我兄弟2011-02-10 饰演马学武 导演刘惠宁 主演邓超、董洁、代乐乐
双枪李向阳之再战松井2010-12-26 饰演李向阳 导演傅小健、赵北光 主演赵纯阳、田小洁、丁洋
告密者2010-11-09 饰演杜盛奎 导演刘进 主演柳云龙、刘孜、王丽坤
瞧这一家子2010-10-08 饰演刘立成 导演滕华涛 主演朱媛媛、冯嘉怡、王一楠
鲜花朵朵2010-01-28 饰演董良辰 导演张国庆 主演海清、梁丹妮、孙宁
神圣使命2009-01-10 饰演马其鸣 导演何群 主演冯谦、于震、赵小锐
沉默2010-01-21 饰演林荫 导演何群 主演刘钧、金鑫、田雨
我是业主2009-07-10 饰演方东旭 导演刘惠宁 主演王海燕、刘金山、田小洁
蜗居2008-11-04 饰演宋思明 导演滕华涛 主演海清、李念、文章
军医2008-07-31 饰演张师长 导演刘惠宁 主演邓超、李小冉、马雅舒
大生活2008-07-14 饰演高明 导演黄力加 主演张国立、韩雨芹、赵涛
秘密列车2008-07-05 饰演郑菊村 导演刘进 主演周杰、刘芸、王雅捷
百年荣宝斋2007-09-10 饰演张幼林 导演穆德远 主演姚晨、刘佩琦、金池
国家形象2007-07-15 饰演赵刚 导演叶鸿伟 主演奇道、王海燕、温峥嵘
婚姻背后2007-07-07 饰演苏秦 导演何群 主演刘佳、金鑫、王彤
我是太阳2007-04-06 饰演庞若飞 导演安健 主演刘佩琦、王雅捷、李幼斌
前妻回家2007-03-26 饰演李想 导演姚远 主演陈瑾、李梅、黄精一
因为有你2007-01-24 饰演臧峻岭 导演黄珂、苏蓬 主演林晓凡、陈小艺、石凉
你有权保持沉默2007-01-10 饰演顾忠石 导演段勇 主演王挺、王雅捷、吕夏
好好过日子2006-12-29 饰演陈思伟 导演刘惠宁 主演刘佩琦、陈瑾、房子斌
妻室儿女2006-09-27 饰演金舜祺 导演林汝为、叶广芩 主演娜仁花、陈小艺、刘佩琦
肇事追踪2006-07-28 饰演唐国栋 导演赵镭 主演侯勇、周莉、李光复
女人心事2006-06-26 饰演尤伟 导演刘惠宁 主演冯远征、陈小艺、杜宁林
五号特工组2006-06-22 饰演刘涛 导演潘军 主演刘琳、于震、王丽坤
双枪李向阳2006-03-21 饰演李向阳 导演傅小健、赵北光 主演赵纯阳、范明、郭月
为爱结婚2006-03-16 饰演祝延风 导演成浩 主演李亚鹏、李小冉、廖凡
温暖2005-07-18 饰演严志国 导演杨影 主演徐秀林、祖峰、李静儿
农民代表2005-07-10 饰演徐明远 导演李云亮 主演修宗迪、丁柳元、马精武
天下第一媒婆2005-06-18 饰演郑万均 导演李童 主演张晨光、吴君如、沈傲君
生死劫2005-06-06 饰演袁牧野 导演傅小健 主演陈小艺、陶慧、刘莉莉
半路夫妻2005-03-03 饰演江建平 导演刘惠宁 主演陈小艺、孙红雷、高秀敏
探长欧光慈2004-11-07 饰演胡小刀 导演刘惠宁 主演李成儒、陈小艺、胡亚捷
24小时警事2004-08-12 饰演陈奕名 导演刘惠宁 主演孔琳、井岗山、肖辉
使命2004-06-25 饰演林荫 导演何群 主演李建义、赵小锐、辛柏青
国家使命2004-04-03 饰演宋朝 导演舒崇福 主演王辉、王海燕、孔琳
变脸2003-11-30 饰演齐明宣 导演董志强 主演柳云龙、杨雪、张恒
真相的背后2003-09-05 饰演张小龙 导演刚毅 主演王志飞、孙松、杨欣
天下第一楼2003-04-18 饰演瑞英 导演夏钢 主演巍子、王姬、濮存昕
萍踪侠影2003-01-12 饰演张风府 导演何群 主演黄海冰、范冰冰、韩雪
玩命三日2020 饰演汪野 导演刘仪伟 主演闫妮、姜妍、刘仪伟
我和我的祖国2019-09-30 饰演陈学源 导演陈凯歌 主演黄渤、张译、吴京
我不是潘金莲2016-11-18 饰演市领导 导演冯小刚 主演范冰冰、大鹏、郭涛
黄金时代2014-10-01 饰演周鲍文 导演许鞍华 主演汤唯、冯绍峰、王志文
归来2014-05-16 饰演戴医生 导演张艺谋 主演巩俐、陈道明、郭涛
天注定2013-05-17 饰演小玉情人 导演贾樟柯 主演赵涛、姜武、王宝强
愤怒的小孩2013-01-29 饰演孙建业 导演黄雷 主演王一鸣、江珊、范伟
去拉萨2013 饰演陆柏承 导演敏卉 主演刘涛、罗蓝山
三个未婚妈妈2012-10-26 饰演刘二彪 导演江平 主演苏有朋、爱新觉罗·启星、佟大为
失恋33天2011-11-08 饰演大老王 导演滕华涛 主演文章、白百何、王耀庆
建党伟业2011-06-15 饰演李大钊 导演韩三平、黄建新 主演刘烨、冯远征、李晨
日照重庆2010-11-05 饰演刘成 导演王小帅 主演王学圻、范冰冰、秦昊
夜·店2009-07-24 饰演抢劫犯 导演杨庆 主演徐峥、乔任梁、李小璐
左右2008-04-01 饰演肖路 导演王小帅 主演成泰燊、刘威葳、余男
冯志远2007-11-21 饰演冯志远 导演杨洪涛、裴军 主演王海燕、夏庄伟、宋杨
心急吃不了热豆腐2005-04-16 饰演野狼 导演冯巩 主演冯巩、徐帆、刘孜
拍案惊奇之炼金术2004 饰演潘达生 导演李威 主演陈锦鸿、樊亦敏、韩雯雯
高原如梦2001-08-01 饰演指导员 导演周友朝、尚敬 主演黄海波、孙海英、丁勇岱
平原枪声2001 饰演郑敬之 导演何群 主演胡军、李梦男、刘琳
李秋实2001 饰演王志成 导演姜南 主演回力、侯天来、韩万兰
危险关系2000 饰演李锐 导演顾晶、赵春林 主演李颖、赵雅莉、董子午
澳门儿女1999 饰演李凡丁 导演何群、孟卫兵 主演剧雪、马精武、林默予
睡不着1997 饰演李所长 导演黄建新、刘惠宁 主演孙敏、李凤绪、陈小艺
超导1997 饰演葛经理 导演王冀邢 主演王志文、高明、廖京生
给太太打工1997 饰演陈绍宇 导演徐耿 主演孙兴、徐帆、余彬
背起爸爸上学1997 饰演高老师 导演周友朝 主演颜丹晨、赵强、马恩然、赵强、马恩然
埋伏1996 饰演杨高 导演黄建新 主演冯巩、江珊、陈好
爸爸,你别骗我1996 饰演大学生 导演付小健 主演方子哥、李骁、谭希和
背靠背脸对脸1994 饰演石经理 导演黄建新 主演牛振华、王劲松、雷恪生
头发乱了1994 饰演郑卫东 导演管虎 主演耿乐、孔琳、丁嘉丽
人猴大裂变1992 饰演振平 导演潘培成 主演徐帆、张秋歌、曹景阳
残酷的夏日1992 饰演国荣 导演金音 主演翟乃社、曲国强、邬倩倩
遭遇激情1991 饰演唐达献 导演夏刚 主演袁苑、吕丽萍、赵明
孽情1991 饰演水根 导演马光荣 主演陈大明
魔表1990 饰演大康博思 导演徐耿 主演金佳、于德先、马迎春
2013-12-26 第29届中国电视剧飞天奖最佳男演员奖 营盘镇警事、悬崖、心术、浮沉 （获奖）
2018-10-14 第29届中国电视金鹰奖观众喜爱的男演员奖 白鹿原 （提名）
2014-10-12 第27届中国电视金鹰奖观众喜爱的男演员奖 营盘镇警事 （获奖）
2014-10-12 第十届中国金鹰电视艺术节最具人气演员奖 营盘镇警事 （获奖）
2018-05-24 第24届上海电视节-白玉兰奖最佳男主角奖 白鹿原 （提名）
2013-06-14 第19届上海电视节-白玉兰奖最佳男演员奖 浮沉 （获奖）
2012-05-15 第18届上海电视节-白玉兰奖最佳男演员奖 悬崖 （提名）
2011-06-10 第17届上海电视节-白玉兰奖最佳男演员奖 借枪 （获奖）
2017-12-21 第8届澳门国际电视节-金莲花奖最佳男演员奖 白鹿原 （提名）
2012-12-13 第3届澳门国际电视节-金莲花奖最佳男主角奖 悬崖 （获奖）
2015-12-03 第20届亚洲电视大奖最佳男主角奖 四十九日·祭 （获奖）
2019 第4届亚洲彩虹奖最佳电视剧男主角奖 白鹿原 （获奖）
2019-11 建国70周年全国十佳电视剧男演员 （提名）
2017-04 第8届中国电影导演协会年度男演员奖 我不是潘金莲 （提名）
2013-09 第14届中国电影表演艺术学会金凤凰奖表演学会奖 建党伟业、愤怒的小孩 （获奖）
2013-09 第5届新农村电视艺术节最佳男主角奖 营盘镇警事 （获奖）
2013-01 第1届电视剧导演工作委员会表彰大典最佳电视剧男演员奖 悬崖 （获奖）
2012-12 第8届华鼎奖电视剧最佳男主角奖 悬崖 （获奖）
2012-09 第1届横店影视金牛奖最佳男演员奖 借枪 （获奖）
2010-11 第4届华鼎奖都市类最佳男主角奖 我是业主 （获奖）
1999-00 第7届中国电影表演艺术学会金凤凰奖表演学会奖 睡不着 （获奖）
2018-11-09 第24届中国百强电视剧最佳男主角 美好生活 （获奖）
2018-01-01 2017国剧盛典年度实力剧星 （获奖）
2015-03-12 上海电视剧制播年会剧王 （获奖）
2015-01-01 安徽卫视国剧盛典最佳男主角奖 （获奖）
2014-12-06 爱奇艺之夜电视剧类最佳男主角 （获奖）
2013-03-31 CCTV中国电视剧年度明星盛典年度十佳男演员 （获奖）
2012-12-31 安徽卫视国剧盛典年度最佳男主角 （获奖）
2012-12-10 第8届华鼎奖全国观众最喜爱的影视明星 （获奖）
2012-01-05 精品传媒中国影响2011时尚盛典年度电视剧男主角奖 （获奖）
2011-12-27 BQ红人榜年度最具价值男演员奖 （获奖）
2011-12-25 冬季搜狐视频电视剧盛典最佳男演员奖 （获奖）
2011-11-16 新京报·东方时尚2011中国最美50人年度电视剧男演员 （获奖）
2011-03-18 东方影视盛典最具实力男演员奖 （获奖）
2010-12-30 BTV大戏看北京”挚友奖 （获奖）
2010-03-20 《新周刊》2009中国电视榜年度中国脸 （获奖）
2008-02-08 第58届柏林国际电影节银熊奖 （获奖）
2020-9 中国电视好演员奖 （提名）
2009年，一部颇有争议性的电视剧《蜗居》成就了张嘉益，《蜗居》之后，“戏红人不红”的张嘉益演艺事业风生水起。从1991年在北京电影学院毕业，张嘉益从西安到北京，一步一个脚印，稳扎稳打，慢慢地沉淀和积累，1000多集电视剧，可算是影视界的劳模，也得了个“戏疯子”的称号；张嘉益在《借枪》里演绎的底层小人物熊阔海，这个正义又俗气的角色让张嘉益诠释得形神兼备，实力派演员再次用精湛的演技赢得了观众的认可和掌声（许戈辉评）。
张嘉益靠实力打拼从一个无名小卒一步步走来，他身上特有的执著让他即使在看不到希望的时候，也一直在坚持。为了演戏，张嘉益每天可以不吃不睡，拍完戏后再苦再累，张嘉益也会把自己的表演再回忆一下，反思自己的表演。在片场，张嘉益非常敬业。如果对自己的表演不满意，张嘉益会向导演提出重新拍摄。张嘉益的演艺之道就是认真，是实力，以及对角色的把握（新浪网评）
张嘉益演戏“很准确”（闫妮评）；是一位成熟、优秀的演员（刘惠宁评）；他非常仗义，特别周到（海清评）。
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