张涵予1963年12月19日生于北京，在部队大院长大。读高中时，就到中央电视台译制片组给外国影片配音，1984年考入中央戏剧学院表演系。
1983年，张涵予成为专业配音演员，先后为《特洛伊》、《米老鼠唐老鸭》、《沉默的羔羊》、《拯救大兵瑞恩》、《指环王》等电影配音。
1999年，在好友傅彪介绍下，张涵予出演叶京导演的电视剧《梦开始的地方》，与陶虹合作，这是他的首部电视剧。
2000年，参演冯小刚电影《没完没了》，饰演一个帮傅彪讨账的社会人，这是他出演的首部电影作品。
2002年，在冯小刚电影《大腕》中，客串扮演精神病院里的IT专家。
2004年，参演《天下无贼》，扮演一个化装成“E时代画家”的卧底干警。
2007年，张涵予在贺岁档电影《集结号》中首次担任男主角，创下2.6亿的票房纪录，张涵予也凭借此片于2008年获得第29届大众电影百花奖、第45届金马奖“最佳男主角”奖。
2009年，获得第二届第二届华鼎中国影视最佳表现男演员奖；9月，主演电影《风声》，与李冰冰、周迅两位美女有大量对手戏。
2011年，参演李仁港电影《鸿门宴传奇》，首次出演武打戏饰演张良；8月，在《新水浒传》中饰演宋江。
2013年，零片酬出演管虎执导的电影《厨子·戏子·痞子》，张涵予饰演的“戏子”表现“疯癫异常”，既鬼马又毒舌，一段骂小日本的个人预告是让人跌破眼镜；6月，加盟《火线三兄弟》，饰演骁勇善战的“田大林”；11月，主演电影《我爱的是你爱我》，与王珞丹在片中出演相差18岁的“忘年恋”；同年，与曾志伟、陈可辛、宁静、海清担任重庆卫视《奇迹梦工厂》的导师。
2014年，其主演的电影《智取威虎山》在全国各大院线上映。张涵予在这部电影中饰演“杨子荣”一角。
2015年，加盟张艺谋执导好莱坞魔幻电影《长城》。9月，张涵予、彭于晏、冯文娟主演的警匪动作大片《湄公河行动》在曼谷正式开机。
2016年，6月加盟吴宇森执导的重拍版《追捕》；为史诗动作冒险影片《奇幻森林》中文版主角黑豹巴希拉配音；9月30日，主演的警匪动作片《湄公河行动》上映，蝉联单日票房及上座率冠军，被网友称作“国庆档最强势影片”。
2017年，联袂福山雅治主演吴宇森执导的电影《追捕》，饰演杜秋。2017年5月主演电影《抢红》5月19日全国上映。
2018年，参与录制海天《熟悉的味道3》。主演电影《中国机长》，取材川航备降事件。12月29日，中国电影家协会第十届理事会第一次会议在京召开，张涵予当选中国电影家协会副主席。
2019年，第32届东京国际电影节中国电影周活动在东京闭幕并举行“金鹤奖”颁奖仪式，张涵予获得最佳男演员奖。
2020年，出演任嘉伦、李曼主演谍战剧《秋蝉》，在剧中扮演中共特工檀香；9月28日，确定出演杨枫执导的电影《铁道游击队1939》，扮演大队长“老洪”；2020年10月1日，领衔主演的抗疫电影《中国医生》开机；10月25日，张涵予倾情献声的讲述抗美援朝的系列电影《保家卫国——抗美援朝光影纪实》播出。12月，领衔主演的电影《铁道队》开机，在片中饰演大队长“老洪”。
2021年，主演的电影《铁道英雄》定档在中国内地上映，在剧中饰演老洪。
鬼吹灯之天星术2020-07 饰演胡八一
中国·医生约 2021 导演刘伟强 主演李晨
铁道英雄 2021-10-1 导演杨枫 主演范伟，魏晨
中国机长 2019-09-30 饰演刘长健 导演刘伟强 主演袁泉，欧豪
决胜时刻2019-9-12 饰演毛人凤 导演黄建新，宁海强 主演黄景瑜，王丽坤，濮存昕，马晓伟，曹炳琨，秦岚，马天宇等
红海行动2018-02-16 饰演高云 导演林超贤 主演张译，黄景瑜，海清
追捕2017-11-24 饰演杜丘 导演吴宇森 主演福山雅治，李秉宪，河智苑
建军大业2017-07-28 饰演杜月笙 导演刘伟强 主演王庆祥
抢红2017-05-19 饰演张水 导演黎明 主演黎明，王耀庆，杜鹃
长城 2016-12-16 饰演将军 导演张艺谋 主演刘德华，马特·达蒙，景甜
湄公河行动2016-09-30 饰演高刚 导演林超贤 主演彭于晏，冯文娟
老炮儿 2015-12-24 饰演闷三儿 导演管虎 主演冯小刚，李易峰，许晴
智取威虎山2014-12-24 饰演杨子荣 导演徐克 主演梁家辉，林更新
前任攻略2014 饰演赵明 导演田羽生 主演王丽坤，韩庚，郑恺
我爱的是你爱我2013-11-08 饰演亚鹏 导演马志宇 主演王珞丹，朱丹，孙兴
特殊身份2013-10-18 饰演刀锋 导演霍耀良 主演甄子丹，安志杰，景甜
厨子戏子痞子2013-03-29 饰演戏子 导演管虎 主演刘烨，黄渤，梁静
一九四二2012-11-28 饰演安西满 导演冯小刚 主演张国立，陈道明，李雪健
鸿门宴传奇2011-11-28 饰演张良 导演李仁港 主演黎明，刘亦菲，冯绍峰
建党伟业2011 饰演宋教仁 导演韩三平 主演刘烨，冯远征，张嘉译
云下的日子2011 饰演龙建国 导演阎然 主演于娜，肖剑，马国兴
风声2009 饰演吴志国 导演高群书 主演周迅，李冰冰，黄晓明
游龙戏凤2009 饰演林九 导演刘伟强 主演刘德华，何韵诗，舒淇
十月围城2009 饰演孙中山 导演陈德森 主演王学圻，谢霆锋，王柏杰
建国大业2009 饰演刘从文 导演韩三平 主演唐国强，张国立，刘劲
李米的猜想2008 饰演叶倾城 导演曹保平 主演周迅，邓超，王宝强
烽火2008 饰演薛又方 导演杨树鹏 主演冯岩，龚司宇，杨少帅
集结号2007 饰演谷子地 导演冯小刚 主演邓超，汤嬿，袁文康
天下无贼2004 饰演警察 导演冯小刚 主演刘德华，刘若英，葛优
危情雪夜2004 饰演客串 导演陈国星 主演陶泽如，吴越
秋蝉2020-05-04 饰演檀香 导演付宁，李昂 主演任嘉伦，李曼
逆光 2020 饰演林弈 导演黄俊文 主演蓝盈莹
天下长安 2020 饰演魏征 导演连奕名 主演李雪健，秦俊杰，姚星彤
唐山大地震2013 饰演万大成 导演姚晓峰 主演陈小艺，佟丽娅，袁文康
火线三兄弟2013 饰演田大林 导演管虎 主演刘烨，黄渤，黄小蕾
永不低头2013 饰演林国辅 导演姚晓峰 主演任重，谢园，刘奕君
新水浒传2011 饰演宋江 导演鞠觉亮 主演李宗翰，胡东，熊乃瑾
身份的证明2010 饰演瞿皓明 导演毛卫宁 主演李乃文，车晓，罗海琼
最后的99天2009 饰演肖昆 导演汪俊 主演段奕宏，车晓，李玥
非常24小时Ⅲ2008 饰演徐天 导演刘一志 主演苏瑾，杨溢，金玉婷
2015 第30届中国电影金鸡奖最佳男主角奖 智取威虎山 （获奖）
2009 第27届中国电影金鸡奖最佳男主角奖 集结号 （提名）
2018 第34届大众电影百花奖最佳男主角奖 湄公河行动 （提名）
2018 第34届大众电影百花奖最佳男配角奖 红海行动 （提名）
2008 第29届大众电影百花奖最佳男主角奖 集结号 （获奖）
2016 第16届中国电影华表奖优秀男演员奖 智取威虎山 （提名）
2009 第13届中国电影华表奖优秀男演员奖 集结号 （获奖）
2009 第46届台湾电影金马奖最佳男配角奖 李米的猜想 （提名）
2008 第45届台湾电影金马奖最佳男主角奖 集结号 （获奖）
2008 第8届华语电影传媒大奖最佳男演员奖 集结号 （获奖）
2019 第11届澳门国际电影节优秀男演员奖 中国机长 （获奖）
2018 第10届澳门国际电影节最佳男配角奖 红海行动 （提名）
2015 第7届澳门国际电影节最佳男配角奖 老炮儿 （提名）
2017 第24届北京大学生电影节最受大学生欢迎男演员奖 湄公河行动 （获奖）
2017 第24届北京大学生电影节最佳男演员奖 湄公河行动 （提名）
2008 第15届北京大学生电影节最佳男主角奖 集结号 （获奖）
2017 第8届中国电影导演协会年度男演员奖 湄公河行动 （提名）
2019-10-29 第32届东京国际电影节中国电影周活动金鹤奖最佳男演员奖 （获奖）
2017-12 第5届中英电影节最佳男主角奖 湄公河行动 （获奖）
2016-11 第12届中美电影节最佳男主角奖 湄公河行动 （获奖）
2015-05 第3届伦敦国际华语电影节最佳男主角奖 智取威虎山 （获奖）
2010-09 第1届纽约中国电影节最杰出演员奖 风声 （获奖）
2009-08 第12届中国电影表演艺术学会金凤凰奖学会奖 集结号 （获奖）
2009-03 第2届华鼎奖中国影视最佳表现男演员奖 集结号 （获奖）
2015 第12届微博年度男神 （获奖）
2012 中国时尚权力榜年度引领社会风尚公众人物大奖 （获奖）
2011 国剧盛典年度角色塑造奖 新水浒传 （获奖）
2011 最美年度时尚明星奖 （获奖）
2010 红人榜年度实力男演员奖 （获奖）
2010 第3届手机报观众最喜爱男演员奖 （获奖）
2010 首届重庆电影辣像奖 （获奖）
2009 中国最美50人 （获奖）
2009 国家精神造就者荣誉奖 （获奖）
2008 年度时尚先生30人 （获奖）
2008 中国魅力50人 （获奖）
2008 电影盛典年度男演员和年度最受欢迎男演员 集结号 （获奖）
2008 星光大典内地年度电影男演员 集结号 （获奖）
2007 娱乐大典年度最佳男演员 集结号 （获奖）
2007 MTV超级盛典年度最佳男演员 集结号 （获奖）
2007 BTV影视盛典最具潜质电影男演员 集结号 （获奖）
2020-8 第35届大众电影百花奖最佳男主角奖 中国机长 （提名）
2020-12-18 位列《2020中国品牌人物500强》第128位。 （获奖）
张涵予和许多影帝不同，“大器晚成”的他是个半路出家的演员，虽然同电影很早就结缘，但张涵予并不是表演演员出身，而是在1983年开始成为一个专业的配音演员（长江网评）。
银幕下的张涵予，男人气十足，无论从哪个角度看，他都是有款有型（沈阳日报评）。
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