1997年，张棪琰考上北京电影学院，和海清、黄海波是同班同学，班主任是黄磊。

1998年，参与林熙越、陆剑民主演的缉毒刑侦剧《风云密支那》，在剧中饰演在泰国染上毒瘾的中国导游魏滇溪。2000年，参演申军谊、李雪健主演的战国题材电影《剑客春秋》；同年，在徐峥、陈好主演的古装喜剧《李卫当官》中饰演帮盐商运私盐的船帮帮主的女儿公春玉。

2001年，与黄海冰、王艳、朱宏嘉共同主演古装武侠剧《武林外史》，在剧中饰演聪慧明艳、敢爱敢恨的朱七七，为观众所熟知和喜爱 。

2002年，在刘欣主演的古装电视剧《金锁记》中饰演刘晓玉；同年，参演尹力执导的家庭伦理《葛定国同志的夕阳红》；同年，与朱小东、贾宏伟主演剧情电影《退役射手》，在片中饰演体校射击队队员郑婷子。

2003年，与赵福余、兰岚主演战争电影《许世友出拳》，在片中饰演给许世友送信的腊梅，同年，凭借剧情电影《陌路情恋》获得第9届中国电影表演艺术学会金凤凰奖 ，随后淡出演艺圈。

2006年10月，与黄垒鑫共同主演的电视剧《北极光》获得第23届中国电视金鹰奖优秀中短篇电视剧奖 ，在剧中饰演黑龙江省大兴安岭山区的小气象站老站长赵清山的女儿赵雁儿。2007年，出演吕晓禾、方舒主演的人物传记类电影《时传祥》。

2008年，在刘佳、王策主演的悬疑谍战剧《密战》中饰演十九院参与星讯六号研发的工程师石竹；同年，出演献礼改革开放30周年的电视剧《深圳湾》，在剧中饰演广州知青于虹。

2009年，与张秋歌、车永莉主演改革创业剧《龙头岭》，在剧中饰演村支书华小廷的妹妹华小香；同年，与王志飞主演献礼人民政协成立60周年的电视剧《政协主席》，在剧中饰演贪污50万元公款为患白血病女儿治病的蔡可心。

2010年，在贾一平、胡可主演的年代情感剧《回归爱的世界》中饰演插队知青负责人雷长河的妻子张亚兰；同年，在谷智鑫、李沁主演的红色历史剧《中国1921》中饰演中国共产党早期领导人之一的蔡畅。

2011年，参演唐国强、牛莉主演的中国重返联合国40周年的献礼影片《大格局》，在剧中饰演中国首任联合国副秘书长唐明照之女唐闻生。

2012年，在刘进执导的都市生活轻喜剧《抹布女也有春天》中饰演女主角罗小葱的同学江黛；同年，领衔主演警匪刑侦剧《真凶难逃》，饰演刑警队女队长程华。

2013年，在李晨、靳东主演的当代都市医疗剧《到爱的距离》中饰演妇产科副主任秦少白；同年，在黄磊、陈数主演的都市情感剧《我爱男闺蜜》中饰演吴建瓴的妻子尹丽丽 。

2014年，参与胡歌、刘涛主演的古装传奇剧《琅琊榜》，在剧中饰演莅阳长公主。

2015年8月31日，出演的谍战悬疑剧《伪装者》登陆湖南卫视金鹰剧场独播，张棪琰在剧中饰演用医生身份做掩饰的共产党  ；5月，出演牟晓杰执导的谍战情感剧《双刺》，在剧中饰演吴佩欣的继母何惠心 ；8月，参演曹盾执导的东方魔幻剧《九州·海上牧云记》，在剧中饰演苏语凝的教养嬷嬷  。

2016年4月，参演张开宙执导的爱情悬疑剧《如果蜗牛有爱情》，在剧中饰演美艳毒辣的伪装者噜哥 ；12月，加盟古装宫斗剧《如懿传》，在剧中饰演景仁宫皇后侍女绣夏。

2017年，在沈严执导的都市情感剧《我的前半生》中出演商场女强人苏曼殊；11月，参加演技竞演类励志综艺节目《演员的诞生》。