2002年，年仅14岁的张博宇瞒着父亲张丰毅，去了母亲吕丽萍创办的群星艺术学校上学，毅然走上了演艺道路。高二时，张博宇把父亲张丰毅主演的电影《霸王别姬》改成了舞台剧，并且自编自导自演
2005年，参加群星艺术学校十周年毕业汇演，并与03级影视表演班的同学一起表演毕业作品《一仆二主》，在剧中扮演男主角特鲁法尔金诺。
2010年，与刘雨欣、许一琦、李劲峰合作主演科幻悬疑话剧《别让我撒谎》，在剧中饰演男主角，从而正式进入演艺圈；同年，在话剧《世阿弥》中饰演男主角世阿弥。
2011年，出演陈道明、何润东、段奕宏主演的古装史诗剧《楚汉传奇》，在剧中饰演曹五夫长，这是他的首部电视剧作品。
2013年，出演吕丽萍、黄海波、井柏然主演的都市喜剧《新编辑部故事》，在剧中饰演眼镜男小金；随后，出演赵毅、史林、刘跃军主演的年代剧《激情燃烧的岁月2》，在剧中饰演刘子；同年，与杨立新、孙海英、吕丽萍合作主演都市情感剧《传承》，在剧中饰演浪漫单纯的富二代陈初，与吕丽萍饰演一对母子。
2014年，出演管虎执导的近代革命剧《生死血符》，在剧中饰演勇敢坚毅的陈国营；之后，与吕丽萍、羿坤、张钧涵合作主演都市情感剧《让生活充满阳光》，在剧中饰演大个儿，该剧是他与妻子张墨锡的定情之作；同年，参加浙江卫视春励志真人秀节目《我不是明星第二季》的录制。
2015年，与鹿晗、井柏然、马思纯合作主演悬疑冒险电影《盗墓笔记》，在片中饰演男主角吴邪的盗墓搭档王胖子，从而获得更多关注；之后，与韩庚、范冰冰、齐溪合作主演青春爱情电影《万物生长》，在片中饰演秋水宿舍室友厚朴；同年，出演冯小宁执导的史诗剧《东方有大海》，在剧中饰演大卫；此外，他还参加了江西卫视明星亲情孝道真人秀节目《带着爸妈去旅行》的录制。
2016年，与王大陆、金晨、王栎鑫合作主演悬疑网播剧《鬼吹灯之牧野诡事》，在剧中饰演为人老实但却虎头虎脑的王耀；之后，与王新军、温峥嵘、姚刚合作主演年代谍战剧《半步之遥》，在剧中饰演潜伏的特工；同年，出演吴子牛执导的古装剧《于成龙》；同年10月，与张嘉译、王珞丹、江珊合作主演医疗剧《急诊科医生》。
2017年，搭档张涵予、秦俊杰、李雪健、韩栋、舒畅、姚星彤等人主演古装历史剧《天下长安》，饰演名将程咬金。
2017年9月3日，获得第16届中国电影表演艺术学会金凤凰奖新人奖。
2018年，搭档侯明昊、成毅、李曼主演超级IP剧《怒海潜沙&秦岭神树》，饰演王胖子。
张博宇的父亲是张丰毅，母亲是吕丽萍。在他四岁时，父亲张丰毅与母亲吕丽萍因感情不合而离婚，张博宇则归母亲抚养。
2014年9月21日，张博宇与女演员张墨锡举办婚礼。
影视奖项
张博宇身材魁梧，浓眉大眼，但他的五官却远不如父亲张丰毅英武。张博宇的言谈举止显得非常成熟。
张博宇虽然在电视剧《生死血符》中只饰演了一个配角，但他却以高度认真的态度诠释了“陈国营”这个角色的内心世界，他在剧中的表现展露出其不俗的演技，虽戏份不多，但每一场戏张博宇均给观众留下深刻印象，陈国营身上的那种“牛性”的小爷们儿特质，被他表达得淋漓尽致。张博宇将陈国营经历心理突变之后的状态把握得十分精准到位。
