2011年，出演个人首部电视剧《楚汉传奇》。2013年，在都市喜剧《新编辑部故事》中饰演眼镜男小金 。2014年，主演近代革命剧《生死血符》。2015年，，与鹿晗、井柏然、马思纯合作主演悬疑冒险电影《盗墓笔记》，在片中饰演男主角吴邪的盗墓搭档王胖子，从而获得更多关注；同年，主演青春爱情电影《万物生长》。2016年，主演悬疑网播剧《鬼吹灯之牧野诡事》；之后，主演年代谍战剧《半步之遥》，在剧中饰演潜伏的特工；同年10月，与张嘉译、王珞丹、江珊合作主演医疗剧《急诊科医生》。
张博宇虽然在电视剧《生死血符》中只饰演了一个配角，但他却以高度认真的态度诠释了“陈国营”这个角色的内心世界，他在剧中的表现展露出其不俗的演技，虽戏份不多，但每一场戏张博宇均给观众留下深刻印象，陈国营身上的那种“牛性”的小爷们儿特质，被他表达得淋漓尽致。张博宇将陈国营经历心理突变之后的状态把握得十分精准到位 。
