在2010年冯小刚贺岁电影《非诚勿扰2》中张馨予饰演环保明星一角。2011年参演《宅男总动员》、《龙门飞甲》、《夏日恋神马》、《不怕贼惦记》、《车在囧途》《河东狮吼2》等电影。2013年出演电影《粉红女郎》中“男人婆”角色。2014年出演电视剧《新神雕侠侣》李莫愁一角,被网友称为“最美李莫愁”。2015年出演电视剧《武媚娘传奇》,华丽造型令人期待。同年,参演电视剧作品《只因单身在一起》,在剧中因爱而产生争斗。2015年5月,参加了第68届戛纳国际电影节。同年9月,凭借电影《魔卡行动》参加第72届威尼斯电影节。
2009年,张馨予拍摄由其代言公司策划的《赤壁·铜雀台》,因里面的性感
形象被誉为“新一代性感女神”。代言《铜雀台》、网游《穿越火线》生化宝贝、百威FIFA世界杯足球宝贝等知名品牌,并多次参加湖南卫视《快乐大本营》等节目。