二〇〇〇年，张洋洋在杨德昌导演执导的影片《一一》中亮相，这部作品后来成功入围了第五十三届戛纳国际电影节金棕榈奖的角逐。在片中，张洋洋生动地塑造了顽皮活泼的角色简洋洋，由此正式开启了他的演艺生涯。随后在二〇〇二年，他参与了由舒淇领衔主演的电影《三方通话》的演出，并在同年客串出演了电视剧集《爱丽希亚的梦中梦》。到了二〇〇三年，张洋洋参演了电视台八点档剧集《大爱的孩子─李素珠》，在剧中他挑战了一个患有注意力缺陷多动障碍并伴随智力障碍的儿童角色，其细腻的表演获得了关注。二〇〇六年，张洋洋凭借其主演的电影《指尖的重量》获得了第十届上海国际电影节亚洲新人奖的提名，他在片中饰演了一位名叫大雨的十四岁少年，这个角色成长于一个仅有母亲支撑的单亲家庭，其复杂的内心世界被张洋洋刻画得深入人心。紧接着在二〇〇七年，由他主演的另一部电影《流浪神狗人》成功入围韩国釜山国际电影节的主竞赛单元，张洋洋在片中诠释了一位如幽灵般四处漂泊、无依无靠的少年阿仙，进一步展现了其宽广的戏路和扎实的表演功力。
二零零七年十二月六日，演员张洋洋与林孟瑾等人共同出席了于台湾地区举办的金马影展闭幕式及相关活动。此次盛会汇聚了众多电影界人士，现场气氛热烈，张洋洋与林孟瑾作为受邀嘉宾，在闭幕式现场参与了红毯环节及后续的典礼流程，与在场的电影工作者及影迷们进行了友好的交流互动。
在凭借其处女作电影《一一》崭露头角之后，张洋洋的演艺事业逐步展开，他随后又参与了电影《三方通话》的拍摄，并接连出演了电视剧《爱丽希亚的梦中梦》与《大爱的孩子》。张洋洋自幼便对表演艺术怀有深厚的热爱，这份执着在他后续的作品中得到了充分体现。特别是在电影《指间的重量》中，他饰演了名为“大雨”的角色。为了深入理解这个在片中遭受同学欺凌的人物内心世界，张洋祥巧妙借鉴了自身的真实经历与情感体验，使得他的表演显得格外真挚而流畅。他对角色神态举止的把握，尤其是将不良少年那种复杂又微妙的神情刻画得入木三分，展现了超越年龄的表演深度，这也赢得了国际在线等媒体的积极评价，认为其演技自然而富有感染力。