2010年11月，主演了作家六六联手导演杨阳打造的国内首部反映医患关系的《心术》。
2011年11月，搭档苏妙玲、张睿主演了快女微电影第九集《不死的清楚》之《曼陀罗》；随后，加盟了由张静初、刘德华主演的超感官迷情特工片《天机·富春山居图》；同年，参演了田蒙执导的“2011快女微电影”《敢不敢》第四部《果20的48小时》。
2012年1月，在管虎执导的抗战戏《火线三兄弟》中饰麻雷子，并与黄渤合作此剧；4月，参加了由佟大为领衔主演的女作家连谏小说改编的作品《门第》，张磊在剧中出演大周；5月，在都市轻喜剧《我家有个赵大咪》中饰雷阵雨，该剧改编自网络小说《我的房东叫别扭》，与赵子靓合作此剧；5月20日，主演了时尚偶像剧《华丽一族》，出演了一位设计师。
2013年3月，参演了庞好执导的国内首部80后二胎剧《双独家庭的奢侈品》，张磊在剧中饰演大智若愚的制片人严仁；10月，在俞灏明、潘时七主演的都市爱情剧《把爱带回家》。
2014年8月，主演了讲述95后青春爱情故事的电影《纯纯欲动》。2015年，在钟澍佳执导电视剧《黄金大劫案》饰演庄导一角，同年参演农村励志喜剧《你幸福我快乐》。
2016年，与陈赫、金晨、尹正合作主演古装喜剧《极品家丁》，在剧中饰演萧府家丁总管福伯；4月，出演校园青春剧《最好的我们》，饰演教导主任；同年6月，在都市情感轻喜剧《老妈的桃花运》饰演胡梭。
2017年，参演都市武侠轻喜剧题材网剧《快递先生与贵妃小姐》；在沙漠执导的网剧《你好，旧时光》饰演潘主任；10月，与马思纯、盛一伦合作，在古装传奇剧《将军在上》中饰演京兆尹。
2018年，在腾讯独播网剧《忽而今夏》饰演裘主任；4月，在刘惠宁、李少飞执导的都市情感剧《少年派》中饰演赵荣宝；8月，在黄渤执导喜剧片《一出好戏》，饰演老余。
2020年6月，参演的网剧《嘉人本色》播出，在剧中饰演王强；同年，参演猫的树导演的网剧《如此可爱的我们》，剧中饰演黄振伍。
2021年5月，参演的电视剧《完美的他》播出；6月，出演电视剧《变成你的那一天》；7月3日，参与配音的网络动画片《元龙第二季》播出；7月13日，参演的电视剧《对你的爱很美》播出；7月16日，参演的电视剧《突如其来的假期》播出；9月10日，主演的电影《悬崖》在全国上映，在片中饰演方达；同月，主演的情景喜剧《冬奥一家人》在北京杀青。
张磊的妻子是演员郝文婷，两人因电视剧《大平原》结缘。
张磊拥有扎实的演技和敬业的态度；他以娴熟的演技将不同风格的角色都演绎的淋漓尽致；他在《把爱带回家》中，凭借自然细腻的表演将哥哥这一角色塑造的十分丰满，牢牢抓住了观众的眼球（新浪网评）。他的表演自然朴实，为人真诚，在圈里有好人缘之称（金鹰网评）。张磊呆萌形象被封“国民教导主任”（网易娱乐评）。