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。

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，本剧中是一个隐藏在上海的地下工作者，以医生的身份作为表面掩护，其实际是共产党行动组的一个组员，负责给妹妹程锦云秘密传达任务。通过《琅琊榜》与《伪装者》，张棪琰才被观众所关注。

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》，与姜宏波、芮伟航一起演绎《大楚后宫》。