2012年，出演由蒋家骏执导的爱情励志剧《我的经济适用男》并由此踏入影视圈。同年，在青春情感剧《山里山外》中出演男主角晓晨的青年时期。

2014年7月，与戚薇、陈赫共同出演都市时尚爱情喜剧《爱情回来了》，饰演呆萌善良的广告业务员舒永志；该剧在收官之日网络播放量突破10亿。8月，受香港导演刘家豪和编剧梅小青邀请出演古装历史剧《大汉贤后卫子夫》，并首次与林峯合作，在剧中饰演了忠心耿耿的太监白旻，从小陪着刘彻一同成长，是刘彻最信任的人之一。同年12月，出演都市爱情励志剧《不是冤家不恋爱》中的易开方一角。

2015年，出演由黄晓明、陈乔恩主演的民国爱情剧《锦绣缘华丽冒险》，在剧中饰演儒雅青年药商王清，对落难时期的荣锦绣百般呵护；与此同时，张嘉佑凭借在该剧中的表现受到关注，并受邀出席《芭莎男士》颁奖盛典。

2016年3月，张嘉佑首次担纲男一号，与袁晓旭、梁爱琳合作主演古装喜剧电影《我的野蛮囧妃》。