2004年，张萌参加了第53届环球小姐选美活动，并以优异的表现最终在中国区总决赛中获得冠军，从而代表中国参加了环球小姐世界总决赛，张萌也因此正式出道演艺圈。

2005年，张萌接拍了个人的首部影视剧作品，她与陈逸恒、吕凉、王静合作主演了现代反腐剧《我主沉浮》，并在剧中饰演了精明强干的证券公司的当家人陈明丽；同年，张萌又在与朱旭、彭玉、左翎共同出演的现代家庭剧《老爸老妈兄弟姐妹》中饰演了小儿媳谭燕燕；此外，张萌还与张默、张澜澜、韩雨芹合作出演了由张国立执导的古装神话剧《济公新传》，这也是张萌的首部古装剧作品。

2006年，张萌与杨千嬅、霍建华、胡宇崴合作主演了动作喜剧《武十郎》，剧中张萌饰演了与本人反差很大且娇生惯养的大小姐雷小雨；同年，张萌还再次与陈逸恒、王静合作主演了《我主沉浮》的续集《我本英雄》，剧中张萌依然饰演陈明丽一角；此外，张萌还出演了个人的第一部电影作品，她与胡歌、周笔畅、张柏芝合作出演了话题剧情片《第601个电话》。

2007年，张萌与童蕾、郭晓冬、熊乃瑾共同出演了心理悬疑剧《谁懂我的心》，张萌在剧中饰演了敢爱敢恨的APPLE。

2008年，张萌先与张国立、庄庆宁、杨若兮共同出演了家庭情感剧《赶走你的忧郁》；而后，张萌又在与张国立、陈小艺合作出演的现代情感剧《想爱都难》中饰演了柳星儿；同年，张萌还与刘小锋、曾黎合作主演了谍战悬疑剧《蓝色档案》，剧中张萌饰演了蛇蝎美人宋丹妮；此外，张萌还在与郭晓冬、曾黎共同主演的年代剧《伤情》中饰演了身有残疾的夏暖晴。

2009年，张萌先是与胡歌、白冰、张世共同主演了根据同名电影改编的穿越传奇剧《神话》，并在剧中一人分饰了泼辣时尚的现代少女高岚和知书达理的古代少女小月(虞姬)两个角色，张萌也因此而被观众所熟知，同时，张萌还演唱了该剧的主题曲《穿越》；之后，张萌又在与韩雪、刘小锋、申军谊合作出演的谍战剧《利剑》中饰演了单纯洒脱的马梦兰；同年，张萌还与郭晓冬、宋春丽、尤勇共同主演了现代情感剧《成长》并在剧中饰演了女主角安叶；此外，张萌还在与刘小锋、郭晓冬、秦岚联袂主演的谍战传奇剧《红色电波》中饰演了内心纠结的女配角章嘉雯；以及，与杜志国、温峥嵘合作主演了商界传奇剧《风雨雕花楼》。

2010年，张萌与霍建华、黄觉、曾黎共同主演了推理悬疑剧《唐琅探案》，并在剧中饰演了英气十足的女主角黄阙；同年，张萌还与田海蓉、赵子琪、苗侨伟合作主演了商战爱情剧《金枝玉叶》，张萌在剧中饰演了追梦女孩玉琪。

2011年，张萌与黄海冰、陈建斌、蒋勤勤共同主演了革命历史剧《开天辟地》，并在剧中饰演了毛泽东的第一任妻子杨开慧；随后，张萌又与孙红雷、黄磊、汪俊合作出演了爱情励志剧《男人帮》；同年，张萌还与范雨林、刘小锋、沈晓海联袂出演了谍战动作剧《尖刀队之血刃》；与斯琴高娃、贺刚、常蓝天共同出演了喜剧电影《今年一定要嫁出去》。

2012年，张萌与张国立、陈建斌、邓婕合作主演了都市情感剧《你是我爱人》，剧中张萌饰演了清新靓丽的廉洁；同年，张萌还与夏雨、梅婷、王策共同出演了都市励志剧《而立之年》。

2013年，张萌与牛莉、雷佳音、张铎合作主演了现代家庭轻喜剧《宝贝》，张萌在剧中饰演了80后女强人陈静波，同时，张萌还创作并演唱了该剧的主题曲《我要你快乐》；同年，张萌又与任重搭档主演了都市爱情剧《敢爱》，剧中张萌饰演了活泼能干却在情感上面临危机的女主角雷蕾 ；此外，张萌还与蒲巴甲、杨蓉、朱一龙合作主演了民国爱情剧《情定三生》，并在剧中饰演了性格泼辣且敢爱敢恨的富家千金沈凌雪。

2014年，张萌与吴秀波、姚晨、方中信共同主演了都市爱情剧《离婚律师》，并在剧中饰演了美丽娇媚且心高气傲的焦艳艳；随后，张萌又与刘恺威、唐嫣、杨蓉合作主演了年代动作喜剧《千金女贼》；同年，张萌还在与田雷搭档主演的都市爱情轻喜剧《我的婚姻谁做主》中饰演了事业心极强的女主角唐晓晓；此外，张萌还在于正版《神雕侠侣》中客串出演了痴情半生的瑛姑；以及，在古装玄幻武侠剧《秦时明月》中客串出演了温婉大气的丽姬；在都市励志喜剧《老板来了》中客串出演了美丽的老板娘关秋月。

2015年，张萌与李晨、陈赫、张歆艺等人联袂主演了都市情感轻喜剧《三个奶爸》，张萌则在剧中饰演了外表娇柔却个性独立的律政新人邹男；同年7月，张萌又与俞飞鸿、杨玏等人合作主演了都市情感话题剧《小丈夫》，并在剧中饰演了天生就拥有指挥能力却因此遭遇婚姻暗礁的都市大女人陆小山，而她也因此获得了第22届华鼎奖中国百强电视剧最佳女配角提名；同年8月，张萌与冯绍峰、马天宇、宋茜等人共同出演了根据郭敬明同名小说改编的玄幻剧《幻城》；与此同时，张萌还以主力队员的身份参加了明星体育竞技真人秀节目《中韩梦之队》。

2016年6月，张萌与刘恺威、王鸥、朱泳腾等人联袂主演了王为执导的都市情感轻喜剧《周末父母》。

2017年3月，张萌与冯绍峰、张雨绮、马天宇联袂主演的《幻城》番外篇，现代都市玄幻剧《幻城凡世》播出；随后，她还以特邀嘉宾的身份参加了安徽卫视明星生活综艺真人秀《谁是你的菜第三季》；同年，张萌还与众多艺人联袂出演了民国喜剧片《鼠胆英雄》。

2018年7月，张萌与吴磊、秦昊、杨蓉等人联袂主演的现代悬疑冒险剧《沙海》上线播出。

2019年10月28日，主演的现实主义都市剧《卖房子的人》杀青，在剧中饰演张乘乘。