张歆艺出生于一个平凡而朴实的工人家庭，自幼便感受到生活的简朴与家人的辛勤。1998年，她顺利完成了在四川艺术职业学院的学业，正式毕业。面对家庭经济上的压力，年轻的张歆艺选择承担起一份责任，为了挣钱贴补家用，她在毕业后即加入了深圳歌舞团，成为一名专业的舞蹈演员，通过舞台表演来支撑自己的生活与家庭。然而，她对艺术有着更深远的追求，并不满足于现状。2001年，张歆艺毅然决定辞去在深圳歌舞团的稳定工作，并在母亲的鼓励与支持下，勇敢地报考了高等艺术院校，寻求更系统的表演学习。就在同一年，她凭借自身的努力与天赋，成功考入了中国戏剧教育的顶尖学府——中央戏剧学院，成为表演系本科班的一名学生，踏上了专业表演的道路。这一时期留下的张歆艺早期照片，记录了她从青涩走向专业舞台的起点，也见证了她人生中关键的选择与转变。
二零零四年，张歆艺的演艺事业正式起步，她参演了个人首部电视剧作品《风吹云动星不动》，在剧中成功塑造了名动上海滩的红妓林墨琴这一角色，由此开启了她的职业演员道路；也在同一年，她顺利签约，成为北京鑫宝源影视投资有限公司旗下的一名演员。二零零五年，她于都市爱情剧《给我一支烟》中出演了一位游走于风月场中的女子，进一步磨练了演技。到了二零零六年，她先是友情客串了古装情景喜剧《武林外传》；随后，又与王志文、王志飞等资深演员合作，主演了以抗日为背景的电视剧《龙虎人生》，在剧中她诠释了一位出身良好、受过优质教育的大家闺秀何雪珍，展现了角色温婉而坚韧的特质。二零零七年，她出演了一部爱情剧《五月的鲜花》，并在其中大胆改变了以往的戏路，饰演命运多舛、经历曲折的乡村教师谢雨，该剧播出之后在辽宁、山东等多个地区取得了极高的收视率，荣登收视榜首；同年三月，她与王学兵、王庆祥共同主演的悬疑剧《羊城暗哨》正式播出，她在剧中扮演了从烈士遗孤成长为一名坚定革命者的解放军女政委窦倌，角色跨度颇大；六月，她首次涉足大银幕，出演了个人第一部电影作品《夜·上海》；也是在这一年，她在《我们无处安放的青春》中饰演了为爱情奋不顾身、性格刚烈独特的女子杜晓彬；至十二月，她凭借其出色的表现，获得了由《北京青年周刊》所颁发的BQ年度红人榜“年度潜力红人奖”，业界认可度逐步提升。二零零八年，她与沈佳妮、陈思成、张子晨等演员合作，主演了一部情感剧《爱是一颗幸福的子弹》，在剧中她演绎了性格直率、行事冲动、敢于追求爱情也敢于表达恨意的角色卫铁民；同年六月，她在另一部爱情剧《天地有爱》中，则饰演了一位在保险行业工作、勇敢追寻真爱的职业女性庄然；此外，在同一年播出的家庭伦理剧《小家大事》中，她扮演了与父亲相依为命、情感深厚的女儿宋盈盈，并且亲自为该剧献声，演唱了片尾曲《我要的幸福》以及插曲《觉得》，展现了多方面的才华。二零零九年，她挑战了谍战题材，在电视剧《苏菲的供词》中饰演了内心充满矛盾与挣扎的女间谍苏菲，这也是她职业生涯中首次尝试此类角色；同年六月，她搭档演员贾一平，主演了都市情感悬疑剧《燃烧的玫瑰》；七月，她又与靳东、石天琦、孟瑶等演员联袂，主演了一部民国背景的剧集《风雨上海滩》，在剧中她塑造了性格坚强、不屈不挠的女性形象杜秋月；还是在这一年，她与王学兵、李光洁共同主演了中国电视剧史上首部深入揭露医疗行业内部黑幕的作品《柳叶刀》，在剧中她饰演了为了查明妹妹死亡真相而隐姓埋名潜入医院调查的心外科实习医生许曼，角色极具深度和挑战性。进入二零一零年一月，她在爱情伦理剧《新拿什么拯救你，我的爱人》中，饰演了坚强独立、在感情生活中主动争取、不轻言放弃的现代女性罗晶晶；二月，她受邀在导演侣皓吉吉执导的音乐录影带《夏天的脸》中担任女主角；同年，在由廖凡、胡可联袂主演的谍战剧《风声传奇》中，她再次出演间谍角色，饰演了身手矫健、业务能力出众、经验丰富的资深女间谍顾小梦，其专业且复杂的表演获得了观众的关注。
二零一一年五月，张歆艺凭借其主演的谍战剧《风声传奇》，在搜狐春季电视剧互联网盛典上荣获最具号召力女演员奖，展现了她在观众中的广泛影响力。同年七月，她与汤镇宗合作，主演了另一部谍战题材作品《红妆》，在剧中她所饰演的沈荷一角，细腻地演绎了一位外表柔弱的女性如何隐姓埋名、深入险境开展情报工作的复杂心路与坚定使命。十月，在与范伟、王雅捷共同主演的都市轻喜剧《先结婚后恋爱》中，她成功塑造了时尚靓丽、个性鲜明的都市辣妈乔麦，为剧集增添了轻松活泼的色彩。十二月五日，由她与潘虹、张译联袂出演的家庭伦理剧《新上门女婿》正式播出，她在剧中扮演了热情爽朗却性格倔强火爆的富二代钟卉，这一角色层次丰富，给观众留下了深刻印象。此外，在同年的优酷大剧盛典上，张歆艺凭借其出色的表现和广泛的观众基础，获得了优酷指数最具收视号召力女演员奖的肯定。 进入二零一二年，张歆艺的人气持续攀升，她在都市爱情剧《北京爱情故事》中塑造了爽朗率真、敢爱敢恨的林夏一角，这一形象深入人心，进一步提升了她的知名度。四月二十四日，她与黄晓明、张译合作主演的剧情片《匹夫》登陆大银幕，她在片中饰演性格火辣无比的方梓珍，展现了其驾驭不同性格角色的能力。十月，与宋佳、梅婷联袂主演的都市轻喜剧《大男当婚》播出，她所饰演的具有母性光辉的单身辣妈刘晨曦温暖感人，该剧在播出期间收视率稳居同时段榜首，获得了良好的市场反响。同年，在备受关注的“80后新生代娱乐大明星”评选活动中，张歆艺被广大观众和业界评选为“新四小花旦”之一，奠定了其在新一代演员中的重要地位。此后，她受邀参加中央电视台中秋晚会，并深情演唱了歌曲《嘀嗒》。十二月，在安徽卫视举办的国剧盛典上，张歆艺因其在表演上的显著进步和突破，荣获年度飞跃演员奖。 二零一三年一月，张歆艺主演了微电影《遇见真实的自己》，尝试了更为精炼的艺术表达形式。五月十日，她与陈宝国、斯琴高娃两位戏骨共同主演的年代大剧《大宅门1912》播出，她在剧中饰演思想独立、兼具美貌与胆识的路青青，该剧在北京卫视和天津卫视播出时收视率双双突破百分之十，取得了骄人的成绩。同年，她还在都市情感剧《老公的春天》中挑战了80后剩女莫小莉的角色，生动刻画了当代都市女性的情感与生活状态。十二月，张歆艺主演了都市爱情轻喜剧《甜蜜都市》，继续在轻喜剧领域拓展戏路。 二零一四年伊始，张歆艺与蒋欣、童瑶共同主演了都市情感剧《新闺蜜时代》，她在剧中饰演个性爽朗大方、极具现代感的设计师韩文静。六月，她出演了爱情偶像剧《绝爱》，饰演一位犀利正派、专业干练的女律师邹雨。十一月，她在网剧《怪咖啡》中客串出演，饰演咖啡店老板的前女友李啦，虽然戏份不多但令人印象深刻。值得注意的是，同年四月，她与陈宝国、李小冉、印小天合作主演的年代剧《大河儿女》播出，她在剧中突破形象，饰演了泼辣风骚的拉纤帮女汉子六姑，并凭借对这一角色的出色诠释，在国剧盛典上获得了观众最喜爱剧中角色女演员奖。此外，她还与黄觉、孙菲菲、黄勐共同主演了都市青春励志剧《把生米做成熟饭》。十一月八日，由她与袁弘、江珊、孙淳合作出演的都市情感剧《真相》在北京正式开机。 二零一五年三月，张歆艺与李晨、陈赫、张萌合作，主演了都市情感剧《三个奶爸》，在剧中她饰演了一位高智商、高情商的律政女强人陶语桐，展现了职场女性的专业魅力。同年，她还与何润东、秦昊、张梓琳合作，出演了喜剧电影《爱情麻辣烫之情定终身》，在大银幕上呈现了其幽默诙谐的一面。 二零一六年二月，张歆艺主演的历史剧《解忧公主》播出，她在剧中饰演了外表大气洒脱、内心却十分感性的汉朝公主解忧，这是她演艺生涯中参演的首部古装电视剧，其古装扮相和表演获得了关注。五月十五日，她主演的都市青春励志剧《好想好想爱上你》播出，饰演了在社会底层努力奋斗、摸爬滚打的小人物夏晓云。七月，她加盟电视剧《幻城》，饰演了充满神秘色彩的隐莲精灵。同年，她还主演了都市轻喜剧《她很漂亮》，在剧中化身霸道女总裁张晓娜。十月十七日，她参演的古装喜剧《欢喜密探》播出。十一月七日，与张静初、秦岚共同主演的都市情感剧《咱们相爱吧》播出，她在剧中饰演气场强大、个性鲜明的女强人潘芝芝。此外，同年她还参演了电视剧《绝不松开你的手》。 二零一七年六月，张歆艺加盟了东方卫视推出的明星旅行体验综艺节目《旅途的花样》，在节目中展现了其真实自然的日常生活状态。 二零一八年标志着张歆艺事业的新跨越。二月九日，由她首次执导并主演的爱情电影《泡芙小姐》在全国公映，她在片中饰演主角泡芙小姐，这部作品是她作为电影导演的处女作。四月二十八日，她与陈伟霆、林允、胡军、倪大红等演员合作，主演了由哈斯朝鲁执导的传奇冒险电影《战神纪》并在全国上映，她在片中饰演了朵歹一角。 二零一九年八月五日，真人秀节目《做家务的男人》邀请了张歆艺夫妇作为嘉宾，共同探讨现代家庭成员间如何构建更加亲密和谐的关系。同年十二月一日，她参演的都市情感轻喜剧《热爱》播出，继续为观众带来轻松愉快的观剧体验。
在2021年，张歆艺的演艺事业呈现出活跃的态势。该年6月11日，她出演的电影《阳光姐妹淘》正式登陆院线；随后在9月19日，她参演的另一部影片《关于我妈的一切》也如期上映。进入2022年，她的工作日程依旧紧凑。2月14日，由她特别出演的电影《不要忘记我爱你》在情人节档期与观众见面。5月20日，她作为嘉宾参与的励志成长音乐竞演节目《乘风破浪第三季》在线上平台播出；7月26日，《做家务的男人》节目公布了阵容海报，袁弘与张歆艺夫妇确认加盟，即将向广大观众展示他们真实而温馨的家庭日常生活；8月1日，她主演的都市情感群像剧《第二次拥抱》正式开播。同年8月5日，她参与了《乘风破浪》乘风夜的活动；而在7月22日，她特别出演的青春爱情电影《一直一直都很喜欢你》也已上映；11月8日，由她主演的电视剧《风雨上海滩》播出；12月23日，她参与了《乐队的海边》的相关活动。12月30日，她受邀担任了2022HiShorts! 厦门短片周的颁奖嘉宾。《乘风破浪第三季》时间来到2023年，1月20日，她参加的《2023川渝春节联欢晚会》节目顺利播出。2024年，张歆艺继续在影视领域深耕。4月19日，她领衔主演的电影《又是充满希望的一天》播出。6月15日，电影《来日皆方长》上映，她在此项目中首次担任了制片人的重要角色。7月3日，她参与的节目《此刻，向远方—夏日香气》在抖音平台进行全网独播，随后于7月8日22时30分在江苏卫视同步播出。8月16日，她主演的电影《又是充满希望的一天》上映。9月25日，她出席了第五届庐山国际爱情电影周主题盛典，并与丈夫袁弘共同发布了爱情答案之书，成为现场瞩目的焦点。2025年，她的作品持续与观众见面。1月17日，她出演的电视剧《漂白》播出。7月9日，她主演的网剧《正当防卫》上线播出。9月5日，她宣布将与丈夫袁弘一同加盟2025年的《最美表演》活动。10月16日，她参加的综艺节目《今晚组个局》如期播出。12月15日，由孔二狗、李奇星联合执导的电视剧《老舅》播出，她在剧中担任了特邀主演。
在2005年，张歆艺与演员王志飞因共同参与电视剧《风吹云动星不动》的拍摄工作而结识，两人在合作过程中逐渐发展为恋人关系。到了2011年，张歆艺在拍摄电影《匹夫》时结识了导演杨树鹏，两人因工作交集而开始熟悉。2012年3月，王志飞与张歆艺正式结束了多年的恋情；同年10月，张歆艺对外公开承认了自己与杨树鹏之间的恋爱关系。2013年5月22日，张歆艺与杨树鹏在陕西省宝鸡市办理了结婚登记手续，正式结为夫妻。然而这段婚姻并未持续太久，2014年10月，两人宣布离婚，结束了短暂的婚姻生活。2015年5月，张歆艺与演员袁弘的恋情被媒体曝光，两人大方公开了交往的消息。2016年5月30日，张歆艺和袁弘在德国斯图加特的霍亨俊伦城堡举办了一场浪漫而温馨的婚礼，正式步入婚姻殿堂。2018年8月23日，张歆艺通过个人社交平台分享了宝宝的B超照片，欣喜地向公众宣布了自己怀孕的好消息。2019年2月14日情人节当天下午，袁弘在微博上晒出儿子的照片，并幽默地配文称：“情人节，给我送了个‘情敌’”。张歆艺随后转发了这条微博，并以玩笑的口吻表达了希望未来能生育一个女儿的愿望，流露出对家庭生活的美好憧憬。
自2010年9月起，张歆艺便开始积极参与各类社会公益活动，她首先加入了由中国青少年发展基金会组织的“快乐音乐教室”项目，致力于为青少年提供音乐教育资源；同年，她还热心参与了为白血病女孩方肇新所发起的爱心募捐活动，以实际行动传递温暖。进入2011年，她的公益步伐持续加快：4月，她投身于北京妇女发展基金会推动的Easygo绿叶行动系列公益活动；同年，她还出席了第二届“卡纳KANA慈善时光”活动，助力慈善事业；5月，她更与海清、黄海波等艺人共同合作，拍摄了一部旨在提升公众防灾意识的公益宣传片。2014年9月，张歆艺进一步将关注点投向女性健康领域，积极参与了《时尚健康》粉红丝带乳腺癌防治运动，呼吁社会重视乳腺癌的预防与早期筛查。2017年，她以无息借款的形式慷慨出资100万元，全力支持《二十二》的拍摄工作，体现了对文化事业的支持。2018年10月8日，《二十二》影片官方通过微博公布了捐款明细，在资助人张歆艺、导演郭柯等多方的共同商议下，决定向上海师范大学教育发展基金会捐赠总计10086003.95元，这笔款项中包含张歆艺早前借给郭柯的100万元，最终也悉数用于公益捐助。2021年7月，当河南遭遇特大暴雨灾害时，张歆艺再次伸出援手，向灾区捐款以支援救援与重建工作。直至2022年5月12日，她仍持续投身公益，参与了“水滴小善行——白衣天使关爱公益行动”，借此向长期奋战在一线的广大医护人员表达深深的敬意与感谢。
自2010年起，她便开始担任中国青少年发展基金会的爱心大使，积极投身于支持青少年成长与发展的各项公益事业。随后在2011年，她又被正式任命为“北京妇女儿童发展基金会爱心大使”，进一步将关怀范围扩展至妇女与儿童群体，致力于推动相关公益项目的开展。直至2015年1月，在“中国好笑容·温暖的弧度”年度公益庆典这一备受瞩目的活动中，因其长期以来的真诚奉献与温暖形象，她被特别授予了“微笑大使”的荣誉称号，以此表彰她在传递善意与正能量方面所做出的持续努力和突出贡献。