2002年5月，张雨绮签约周星驰的星辉公司成为新一任“星女郎”；

2006年8月，22岁2007年2月，张雨绮出演周星驰监制的日本电影《少林少女》；张雨绮客串演出的影片《夜·上海》于2007年6月上映，成为其在大银幕上首次亮相。

2008年，张雨绮参演短片《露得清八方解码》，以及在《女人不坏》中饰演女主角美艳女强人唐璐。2009年接连出演了香港电影《财神到》及《刀见笑》。

2010年，张雨绮在王全安导演的《白鹿原》中饰演纯朴、善良、无助、无辜而又劣迹斑斑的女一号田小娥。2011年，张雨绮出演《钱学森》女一号蒋英，无论是外形还是气质，都较为贴近蒋英原型。

2013年5月14日，张雨绮作为第66届戛纳国际电影节官方特邀嘉宾亮相开幕式红毯。这是张雨绮继2013年10月12日柏林电影节推广大使之后，再次受邀亮相欧洲电影节，这也是其戛纳电影节红毯首秀。

2014年11月3日，张雨绮参演周星驰电影《美人鱼》，被网友曝出片场两人的工作照，两人在摄像机前谈笑风生极度融洽；11月25日，张雨绮等主演亮相浪漫喜剧电影《情敌蜜月》在上海举行了关机发布会。