二零零七年，张殿伦通过参演由陈奕利执导的动作电影《天堂口》正式开启其演艺生涯，他在片中饰演了名为细眼的角色。次年，即二零零八年，他携手潘虹、胡静共同出演了一部年代励志剧《女人的战争》，并在剧中生动塑造了赵小三这一人物形象。进入二零零九年，张殿伦出演了一部谍战题材电视剧《决战南京》，他在剧中扮演了深入敌后的中共卧底陈松林，展现了其驾驭复杂角色的能力。二零一零年，他参演了一部家庭伦理剧《婚姻那些事儿》，饰演了怀抱理想的有志青年陈逸凡；同年，他还出演了由黄文利执导的励志剧《我的父亲是板凳》，在剧中诠释了性格朴实、正直的阎队长一角。 二零一二年九月，张殿伦与朱泳腾、戴娇倩等演员合作，出演了抗战题材电视剧《我的抗战》，他所饰演的爆破手吴影，外表玩世不恭却内心善良且身怀绝技，给观众留下了深刻印象。同年，他与李晨、张译合作，参演了另一部抗战剧《好家伙》，在剧中化身为潜伏在“好家伙时光”身边的神秘猎手九宫。此外，他在同年还参与了抗战电视剧《我的抗战之猎豹突击》的拍摄。二零一三年，张殿伦与翟天临联袂主演了一部励志警匪剧《刑警博客》，他在剧中成功塑造了狠劲十足的黑社会头目魏东。同年八月三十日，他与王宝强、高天共同主演的喜剧电影《疯狂的导演》正式登陆院线，张殿伦在片中饰演了一位周旋于各色投资人之间的电影制作人。 二零一四年一月十六日，张殿伦与刘恺威、隋俊波合作出演的谍战剧《喋血孤岛》播出，他在剧中饰演戏班大师兄秋生，一个成为“帝婴计划”牺牲品的悲剧人物。同年，他友情客串了田羽生执导的喜剧电影《前任攻略》。五月二十三日，他与蓝正龙、程峻合作出演的悬疑爱情片《爱的频率》与观众见面。六月十一日，他出演的近代革命题材电视剧《十送红军》播出，剧中他饰演了堪称楷模的战士邓秋生。同年十一月，他再次与朱泳腾、刘恺威合作，出演年代抗日电视剧《你的传奇之危机四伏》，在剧中饰演了性格复杂、亦正亦邪的魏家传人魏启明。 二零一五年，张殿伦再次与导演田羽生合作，出演了喜剧电影《前任2:备胎反击战》，在片中饰演了波比一角。同年，他还与陈赫、甘婷婷搭档，出演了都市励志偶像剧《明星兄弟》，在剧中饰演了角色雷子。二零一八年五月十九日，作为上海戏剧学院零四级“人气班”的成员之一，他参与了东方卫视体验型励志综艺节目《青春同学会》的录制。二零二一年，他参演了电视剧《也平凡》；同年十二月十九日，他出演的古装励志言情剧《清风朗月花正开》正式播出。展望未来，根据已公布的信息，张殿伦主演的电视剧《隐锋》预计将于二零二五年十一月十日与广大观众见面。
二零一四年，演员张殿伦与同为哈尔滨籍、年长他三岁的女演员马苏之间的恋情经由媒体披露而进入公众视野。据了解，这段缘分起始于两人共同参与影视作品《黄金大劫案》的拍摄工作，在合作过程中逐渐相知相熟，最终发展为恋人关系。
在《我的抗战》中，张殿伦凭借其对角色心理的精准把握与细腻而不着痕迹的表演技巧，成功地将一个既带有反派特质又不失可爱之处的复杂人物塑造得鲜活立体，这一演绎赢得了广大观众的由衷喜爱，在播出期间收获了持续不断的积极评价与热烈反响。作为内地备受瞩目的青年演员，张殿伦已经参与了多部影视作品的拍摄，积累了丰富的表演经验。尤其在《好家伙》、《独有英雄》以及《刑警博客》这几部作品中，他所饰演的各个角色性格鲜明、情感饱满，均给观众留下了深刻而持久的印象。而在《十送红军》中，张殿伦更是化身一名坚韧不屈的优秀战士，以流血流汗却绝不流泪的顽强姿态，生动展现了他作为演员所能呈现的真男人气概与硬汉子形象，进一步拓宽了其表演道路上的可能性。