张子晨于1982年出生于天津，随后考入北京电影学院，成为2001级表演专业的一名学生。早在求学阶段，他便积极投身于各类舞台实践，积累了丰富的表演经验。在2002年12月举行的全校片断汇报演出中，张子晨展现了其塑造复杂角色的能力，他不仅在《一个无政府主义者的意外死亡》中成功诠释了一个疯子的形象，还在《遗嘱的魔力》中出演了名为弗朗索瓦的角色；此外，他还亲自改编并执导了《蛐蛐四爷》，并在该剧中饰演了四爷这一重要人物。到了2003年12月的全校毕业大戏汇报演出，张子晨的表演愈发成熟，他在《老顽固们》中饰演的康其亚诺先生给观众留下了深刻印象。这些早期的舞台经历，为他日后在演艺事业的发展奠定了扎实的基础。
在2003年年底，当时还是学生的张子晨便获得了首次担任男主角的机会，他在电影学院的联合毕业胶片作品《隔离世界》中饰演了核心角色周非。进入2004年，尚未毕业的他又接拍了由唐大年导演执导的二十集电视剧《动什么,别动感情》，并在其中生动塑造了廖宇这一人物形象；同一年，他还在作品《谍战之特殊较量》中出演了名为吴洋的角色。2005年，张子晨的演艺事业继续稳步推进，他在电视剧《孽火》中成功饰演了曾继祖。到了2006年，他则在《律政佳人之佳人当道》中扮演了江雨森一角。2007年对他来说是一个较为多产的年份，他不仅作为主要演员参与了电视剧《爱是一颗幸福的子弹》的拍摄，还在剧集《家事往事身边事》（该剧原名《静静的栈桥》）中演绎了林三强这一角色；此外，他也参与了电影《请将我遗忘》的摄制工作。2008年，他在电视剧《天地有爱》中饰演了周正。2009年，他出演了《秋霜》，在其中扮演王保卫。2010年，张子晨的演艺范围进一步扩展，他参演了电影《校园摇篮曲》，并在同一年播出的电视剧《三十里铺》中挑战了一个颇具特色的“泡面头”造型角色。2012年，他继续活跃于影、视两个领域，参演了电影《危险关系》，同时也出演了电视剧《功夫乾隆》。2015年，他的工作重心部分转向舞台，先后出演了话剧《武则天》和《一仆二主》。2016年，他参演了山西省重点抗战题材电影《下柳林》，并在片中饰演了张玉清这一重要角色。
2012年参与拍摄关注少年足球教育的公益电影《希望的方向》。
早在2004年，当时仍在求学的张子晨便凭借在《动什么，别动感情》中饰演的廖宇一角赢得了广大观众的深切喜爱。他所塑造的廖宇不仅外表年轻英俊，更拥有丰富的内心世界，展现出超越年龄的成熟与责任感，正是这个深入人心的角色为张子晨积累了最初一批坚实的粉丝群体。此后，在《爱是一颗幸福的子弹》和《天地有爱》等作品中，张子晨凭借其大气而自然的表演风格，进一步获得了观众与业界的广泛认可；即便与唐国强、潘虹等演技精湛的老一辈艺术家同台对戏，他也能从容应对，丝毫不显青涩。到了2009年，在电视剧《秋霜》中，张子晨饰演了命运曲折的王保卫一角，在剧情波澜起伏的铺陈中，他与养母之间那段真挚而深厚的母子情感，被他演绎得格外动人，再次展现了其处理复杂情感戏份的细腻功力。张子晨在荧幕之外的生活照也时常流露出亲切自然的个人魅力。