1998年，张一白执导二十集电视剧《将爱情进行到底》，该剧由李亚鹏、徐静蕾主演，是中国内地首部青春爱情偶像剧集，对70后、80后人的爱情观和价值观产生了不小的影响。

1999年，张一白和谢东燊联合执导中央电视台贺岁电视剧《开心就好》，该剧汇聚刘佩琦、斯琴高娃、周迅等演员，获中国电视飞天奖银奖。

2001年，张一白拍摄电影处女作《开往春天的地铁》。该片由徐静蕾、耿乐主演，讲述了从南方来到北京闯天下的建斌和小慧在经历了七年的婚姻后，面临着何去何从的情感矛盾的故事。

2004年，张一白与日本导演下山天、台湾导演易智言联合导演电影《恋爱地图》。该电影讲述了分别发生在东京、台北、上海，三个关于邂逅和心灵交会的三段式爱情故事。

2006年，张一白拍摄由刘嘉玲、胡军、廖凡、小宋佳主演的都市爱情悬疑电影《好奇害死猫》。这是国内第一部创作意识比较明确的黑色电影，在同年的国产电影中脱颖而出。刘嘉玲因在片中的出色表现获得第26届金鸡百花奖最佳女主角奖并获得了第43届金马奖最佳女主角的提名。

2007年，张一白执导由赵薇、本木雅弘主演的爱情片《夜·上海》。影片讲述了上海一名女出租车司机林夕在偶然机会下与来沪的日本造型师水岛直树相遇，并一起度过了一个奇异浪漫的夜晚的故事，从不同层面表现了现代都市人的情感困惑。影片获第14届北京大学生电影节评委会大奖及赵薇凭借此片获得最受大学生欢迎女演员奖。

2009年，张一白拍摄由莫文蔚、曾志伟、陈奕迅、蒋雯丽、檀健次主演的电影《秘岸》，该片延续了《好奇害死猫》的黑色电影因素，讲述了一个少年最终破茧成蝶的故事；入围纽约翠贝卡电影节竞赛单元。

2010年，张一白拍摄电影版《将爱情进行到底》该片于2011年2月上映，最终票房2.04亿元，创了中国电影“情人节档”的先河。

2012年年末，张一白拍摄群星贺岁喜剧《越来越好之村晚》。

2014年，拍摄电影《匆匆那年》，该片改编自九夜茴同名小说，讲述阳光少年陈寻、痴心女孩方茴、温情暖男乔燃、纯情备胎赵烨、豪放女神林嘉茉这群死党跨越十五年的青春、记忆与友情的故事。引发集体共鸣，掀起80后观众对青春的怀旧热潮，更进一步赢得90后观众的情感认知。最终以5.88亿元的票房成为年度贺岁档冠军。张一白也因此片荣获第22届北京大学生电影节最受大学生欢迎导演称号。

2016年，拍摄改编张嘉佳同名小说《从你的全世界路过》，电影由邓超、白百何、杨洋、张天爱、岳云鹏、柳岩、杜鹃主演，票房破8亿，创下中国爱情电影票房新纪录。

2018年，执导的电影《风犬少年的天空》开机。

2018年，监制刘若英导演，井柏然、周冬雨主演的电影《后来的我们》，票房13.61亿。

2018年，监制电影《来电狂响》，票房6.4亿，2019年元旦档票房冠军。

2019年9月，执导电影《我和我的祖国》之《相遇》篇。11月，凭借电影《我和我的祖国》获得第三届“金色银幕奖”最佳导演奖。

2019年，担任献礼片《我和我的祖国》总策划和导演之一，当前票房31亿。

2019年，担任陈可辛导演《中国女排》监制。

2020年，导演的社会青春剧《风犬少年的天空》即将播出。

2020年8月，担任电影《我和我的家乡》总策划。

2020年9月16日，执导的青春剧《风犬少年的天空》发布海报预告并正式官宣定档9月24日起将在欢喜首映和哔哩哔哩联合独播。

2021年6月9日，执导的电影《燃野少年的天空》发布定档预告，宣布将于7月23日上映。