一九七八年，他成功考入上海戏剧学院，开始了系统的表演学习。在顺利完成学业后，他被分配至珠江电影制片厂工作，由此正式成为一名演员。基于其自身的气质与特点，他早期主要担任本色演员，在银幕上诠释与个人特质相近的角色。这份经历标志着他演艺生涯的起点，自此，他坚定地踏上了充满挑战与机遇的演员之路，并在此后的岁月中不断耕耘与探索。
一九八零年，导演傅敬恭前往珠江电影制片厂筹备影片《燕归来》的演员遴选工作。在选角过程中，他迅速注意到了演员张小磊，并决定由她出演片中与主人公谢峰相恋的重要角色乌兰。四年后，在电影《西子姑娘》中，张小磊饰演了身有残疾的姑娘潘洁梅。由于角色行动受限，肢体表达空间较小，她必须更多地依靠细腻的面部表情和富有层次的对白来塑造人物。张小磊凭借自然且极具生活化的表演方式，生动展现了人物内心真挚而复杂的情感，这一表现赢得了观众与评论界的广泛赞誉，充分体现了她扎实的表演功底与过人的艺术天赋。她也因此荣获中国电影表演学会颁发的首届学会奖。一九八五年，张小磊主演了影片《相思女子客店》，成功塑造了在改革开放浪潮中勇于率先承包店铺的女店主张观音。她以细腻含蓄的表演风格、清新亲切的银幕形象、高度生活化的处理手法，以及贴近自身特质的人物理解，淋漓尽致地展现了角色在时代巨变下所面临的事业与情感矛盾、内心的波澜起伏以及真实的生活状态。其表演不刻意追求外在形似，而是深入聚焦于人物的心路历程，刻画入木三分，令人印象深刻。该片于同年荣获文化部优秀影片奖，张小磊个人也凭借此片获得第七届中国电影金鸡奖最佳女主角提名，并在广东电影节上获颁“立功奖”。然而，正当其电影演艺事业如日中天之际，张小磊却意外地选择了息影，彻底离开演艺圈转而投身商海。时隔十多年后，她再度回归荧幕，由于长时间远离表演，初期演技难免生疏，复出后拍摄的首部作品不仅观众评价不佳，连她自己也感到不甚满意。但凭借深厚的艺术积淀与不懈努力，她很快重新找回了表演状态，再次展现了其作为优秀演员的适应能力与专业素养。
一九九八年，由林黎胜执导、张小磊主演的电影《阿里山女儿》正式上映。凭借在此片中的出色表现，张小磊荣获全国“骏马奖”最佳女演员奖。与此同时，影片拍摄剧组还获得了巨野县书画院赠送的一幅六尺写意牡丹画作以及十幅摄影图片，以表祝贺。二零零一年，在第二十届中国电视剧飞天奖评选中，张小磊因在电视连续剧《儿科医生》中成功塑造了周小慧一角，以其精湛而富有层次的表演赢得了评委的高度认可，最终摘得最佳女演员桂冠。颁奖典礼上，张小磊的恩师、著名表演艺术家焦晃亲自为她颁发了奖杯，并在现场感慨道：“表演的灵气固然重要，但如何做到一点就通、融会贯通，则需要依靠丰富的人生阅历与持续的艺术积累。”此后，张小磊在《阿里山女儿》中饰演的周小慧形象也长久地留在了观众心中。二零零六年一月一日，在获得第二十届飞天奖之后，张小磊参演了由中央电视台推出的反腐题材电视连续剧《天地粮人》，该剧于当日正式播出，她在剧中担纲女主角，饰演了正直坚韧的方洁一角，其表演再次受到广泛关注。而在《天地粮人》中，她同样精彩地诠释了方洁这一人物。二零零八年，由北京友视文化与八一电影制片厂联合制作的悬疑情感剧《夜来香》于五月底在天津开机拍摄。在该剧的“姨妈家庭戏”段落中，张小磊饰演的姨妈丁静怡展现出复杂细腻的情感变化，充分体现了她作为资深演员深厚的表演功底与角色驾驭能力。此后，在《夜来香》、《夜来香》、《夜来香》、《夜来香》以及《夜来香》等多部相关作品中，张小磊均延续饰演了丁静怡这一角色，进一步丰富了该人物的故事线与艺术形象。
二零一一年，演员张小磊在导演安建执导的电视剧《双城生活》中首次以鲜明的“作女”形象亮相，她所塑造的“清咖婆婆”一角生动而富有特色，被观众戏称为“作女掌门人”，由此开启了其演艺生涯中一系列令人印象深刻的角色演绎。次年八月三十一日，她参演的另一部作品《大地情深》正式播出，在剧中她成功转型，化身成为一名坚毅勇敢的八路军女军医方晨，展现了其角色驾驭能力的多样性。此外，在作品《双城生活》中，她还饰演了名为杨曼莉的人物。二零一三年十二月三日，由她主演的都市爱情剧《我家的春秋冬夏》于东方卫视迎来首播，剧中她扮演了“作女土豪”张招娣，这个角色性格鲜明、行事夸张，剧集开播后为观众带来了无数欢乐与笑料，获得了广泛的关注。随后，在《我家的春秋冬夏》中她饰演了张招娣（左），在《我家的春秋冬夏》中饰演张招娣（一排左一），并在《我家的春秋冬夏》中饰演张招娣（右），通过不同场景的呈现进一步丰富了这一角色。二零一四年九月三十日，她出演的电视剧《谈判冤家》播出，她在其中扮演了姜玉珍一角；同年，她参演的医疗情感大戏《产科医生》在各大卫视热播，该剧剧情扣人心弦，加之众演员出色的表演，赢得了极高的人气，收视率与观众口碑均持续居高不下。张小磊在剧中饰演的妇科权威尤盛美，性格泼辣、处事果断，为了帮助丈夫成功竞聘院长一职，与医院内的众医师展开了一系列斗智斗勇的精彩交锋，被观众视为战斗力超强的极品“作女”，其表演深入人心。在《谈判专家》中她饰演了姜玉珍（右二），在《谈判专家》中饰演姜玉珍（左一），在《谈判专家》中饰演姜玉珍（右一），并在《产科医生》中饰演了尤盛美，这些剧照和画面记录了她对不同角色的细致刻画。二零一五年，她参演了都市婚恋剧《我的宝贝》，出演了一位性格外冷内热、形象美丽冷清的女医生向红；同年，她还参演了电视剧《敢爱》，在剧中饰演了强势母亲“沈蔓”一角，展现了其在家庭伦理题材中的表演张力。二零一六年五月十九日，她出演的年代悬疑剧《龙器》正式开播，在剧中她挑战了历史人物慈禧，演绎了其复杂多面的形象。二零一八年一月二日，由李木戈执导、她主演的家庭爱情剧《我的青春遇见你》播出，她在剧中饰演了男主角的母亲刘梦香，以细腻的表演刻画了一位母亲的情感世界。二零一九年三月二十日，她与邱泽、陆怡璇等演员合作参演的电视剧《让我听懂你的语言》开播，继续拓展其演艺版图。展望未来，据公开信息，在二零二六年一月十五日，她出演的电影《更上层楼》已正式开机，她将在片中饰演杨阿姨一角，令人期待她的全新表现。