1979年，刚上大二的张铁林介入拍摄了中心电视台的第一部单集电视剧《有一个青年》，在片中饰演男主角顾明华，以后在影片《年青的朋友》中饰解放军兵士小何。
1983年，出演香港导演李翰祥执导，梁家辉、刘晓庆主演的电影《
火烧圆明园》、《
垂帘听政》。同年与龚雪合作电影《
大桥下面》出演无所畏惧的男主角，该片获得文化部故事片一等奖。两年后再次与龚雪合作拍摄了电影《
多彩的晨光》。
1987年，赴英国留学，四年半后他留校任教。此后为bbc拍摄纪录片，给好莱坞导演乔治・卢卡斯当副手，他拍摄的短故事片《本国人》获得了英国粹院奖。
1990年头，从英国到香港，想投靠徐克进修武侠电影的建造理念，随后与徐克签约，在《
黄飞鸿》中演孙中山，后又出演徐克影片《
仙鹤神针》等。演戏的同时他还写脚本，《山不转水转》、《孙子》、《
椅子》，五年拿了三个奖。
1995年，张铁林在《狮子王2》中为辛巴配音。
1996年，由于电影市场不是很景气，张铁林在刚开播的凤凰卫视主持节目《电影世界》。以落后入内地，与赵明明、袁莉、赵薇主演了古装宫斗剧《
汉宫飞燕》。
1998年，与赵薇、林心如、苏有朋主演古装清朝笑剧《
还珠格格》饰演乾隆，为观众所熟知，以后出演了《还珠格格2》。
2001年，同伴张国立、王刚主演古装剧《
铁齿铜牙纪晓岚》饰演乾隆，以后三人形成“铁三角”，主演了《铁齿铜牙纪晓岚》系列的2、3、4部，以及古装剧《平民皇帝》、《
少年宝亲王》、《
宋莲生坐堂》和民国剧《蒲月槐花香》。
2002年，在张卫健、严宽、苏有朋主演的古装笑剧《
少年张三丰》中饰演澄空巨匠。联合斯琴高娃、李芯逸主演家庭感情剧《
众里寻她千百度》饰林海涛。
2003年，在苏有朋、贾静雯主演的金庸武侠剧《
倚天屠龙记》中饰演“光亮右使”杨逍。同伴吴奇隆、范冰冰主演武侠剧《
名捕震关东》。在焦恩俊、胡静、何润东主演的古装神话剧《
十八罗汉》中饰演老方丈。
2004年，同伴李立群、李诚儒主演古玩题材电视剧《
人生几度秋凉》，并演唱片尾曲。在吴京、袁咏仪、淳于珊珊主演的动作剧《
南少林三十六房》中饰演雍正。在徐峥、张庭、汪芫主演的清朝笑剧《
满汉全席》中饰演康熙。
2006年，联合孙兴、曹颖主演古装笑剧《
铁将军阿贵》。在保剑锋、金巧巧主演的古装励志剧《
薛仁贵传奇》中饰李道宗。介入霍建华、孙俪主演的偶像剧《
屋顶上的绿宝石》。
2007年，在唐国强、聂远主演的汗青剧《
贞观长歌》中饰罗艺。与斯琴高娃、温峥嵘主演汗青古装剧《无字碑歌》饰唐高宗李治。与吕丽萍配合主演感情剧《非常夫妻》。在范冰冰、赵文u主演的古装剧《
大唐芙蓉园》中饰演李白。
2009年，联合郭富城、郝蕾主演电影《
白银帝国》饰康老太爷。
2010年，同伴唐国强、刘劲、郑卫莉主演《
黄炎培》饰黄炎培。
2011年，在《新水浒传》中饰演洪太尉。在唐国强、蒋勤勤、张国立主演的汗青剧《
中国1945之重庆风云》中饰演黄炎培。介入胡歌、陈意涵、陈柏霖主演的青春励志时尚剧《
摩登新人类》。在陈坤、张雨绮主演的电影《
钱学森》中饰演毛泽东。
2012年，在苗圃、罗晋主演的汗青传奇古装剧《
穆桂英挂帅》中饰演宋真宗。与王志文、霍建华主演医疗题材剧《打动生命》。主演革命史诗汗青剧《红军东征》饰毛泽东。与曹曦文、马跃主演古装剧《
黄梅戏宗师传奇》。
2013年，介入拍摄廖京生、高云翔、吕夏主演的抗战剧《
刀影》中饰演彭振山。
