2002年,张子萱以平面模特身份出道,之后的九年时间张子萱主要担任《瑞丽》等时尚杂志的平面模特,与此同时张子萱也担任了五月天、马天宇等歌手音乐录影带的女主角,以及参与了一些广告的拍摄。
2011年,张子萱出演了个人的首部戏剧作品,她与文章、白百何、王耀庆共同出演了由鲍鲸鲸同名作品改编的爱情电影《失恋33天》,并在片中饰演了贪慕虚荣的拜金女李可,张子萱也凭借在本片中的不俗表现获得了第31届大众电影百花奖最佳新人和第49届台湾电影金马奖新演员两项提名。2012年,张子萱又与殷桃、赵子琪、祖峰合作出演了时尚都市剧《时尚女编辑》,剧中张子萱饰演了真实不做作的比较女孩伊娜;同年,张子萱还与彭冠英搭档主演了爱情微电影《真爱指南针》,并在剧中饰演了女主角李梦。