张天爱在高中时期前往日本留学，学习服装设计，之后在北京电影学院进修。2009年，受好友韩国导演韩承桓的邀请，拍摄其毕业作品微电影《落樱》，首次触电的她在片中与还是练习生的金秀贤合作。之后以广告演员身份入行，得到了一些角色。
2013年，在海清、张译主演的都市生活轻喜剧《抹布女也有春天》中饰演一个公司职员。
2014年9月，在腾讯自制的网络情景喜剧《怪咖啡》中饰演失意海归女演员朱丽叶，后成为咖啡店店员，乐观开朗、貌美如花。12月，出演孙红雷、海清主演的抗战剧《二炮手》，在剧中饰演了机智傲娇的日本军医凌织羽，与孙红雷上演对手戏，因而受到关注；她也凭借该角色在2015年横店影视节暨第2届文荣奖中获得最佳女配角奖。
2015年，与朴海镇、张亮、薛之谦合作拍摄都市剧《男人帮·朋友》，在该剧中饰演女二号穆天，在感情上可悲、可怜的角色。同年12月，主演乐视自制的古装网络剧《太子妃升职记》播出，饰演男儿心女儿身的太子妃张芃芃，妩媚又不失英气的形象让她受到了更多的关注，剧集收官时网络播放量达到了26亿。
2016年1月30日，随“太子妃”剧组参加湖南金鹰卡通频道益智闯关节目《疯狂的麦咭第三季》的收官之战，完成综艺首秀。2月6日，参加湖南卫视综艺节目《快乐大本营》。2月22日，参加湖南卫视元宵喜乐会。5月，参加浙江卫视竞技真人秀节目《奔跑吧兄弟第四季》第4期青春校园特辑。6月7日，出演的改编自同名小说的都市爱情剧《我的朋友陈白露小姐》在爱奇艺播出，演绎温柔善良的海棠。7月29日，正式加入巴黎欧莱雅明星梦之队，成为代言人之一。8月29日，跨界推出首张单曲《我们之间》，由张嘉佳、赵兆作词，赵兆作曲。9月29日，首部主演的爱情电影《从你的全世界路过》上映，她在片中饰演平凡懦弱、为爱付出的电台实习DJ幺鸡，影片票房破8亿。10月2日，受品牌邀请首次出席巴黎时装周。10月15日，以“跨屏爱豆”的身份加入第十一届金鹰节互联盛典主持阵容。11月14日，主演的改编自天蚕土豆小说、张黎执导的古装武侠剧《武动乾坤之英雄出少年》开机，饰演灵动俏皮的冰主应欢欢。11月20日，在陈凯歌执导的古装电影《妖猫传》中饰演胡姬玉莲。12月31日，加盟湖南卫视跨年演唱会，担任开场歌舞秀嘉宾。
2017年7月21日，主演喜剧电影《父子雄兵》上映，饰演卤煮西施刘雯。7月27日，在献礼建军节的革命历史影片《建军大业》中诠释民国传奇女性宋美龄。8月5日，主演的都市情感剧《爱情进化论》开机，剧中饰演“轻熟女”艾若曼，在职场上雷厉风行而在爱情中却敏感迷茫。8月11日，主演的奇幻动作电影《鲛珠传》上映，饰演英气女捕快黑羽。
2018年1月，主演励志轻喜剧《如果可以，绝不爱你》开机，在剧中饰演怀揣时尚梦想的女孩周然。5月21日，主演的青春励志剧《鳄鱼与牙签鸟》开机，饰演热情活泼、独立自主的建筑系留学生李南恩。
2019年5月11日，《我的漂亮朋友》在无锡举行开机仪式。同年出演电视剧《孤城闭》，饰演陈氏。
2016年3月1日，中国国首部《反家庭暴力法》正式实施，张天爱携手海清、撒贝宁应邀参与联合国妇女署等发起的反家暴公益宣传活动。
2016年4月26日，被选为亚洲动物基金保护月熊项目关爱大使，参与保护月熊的关爱宣传活动。
2016年10月26日，参与某公益基金发起的“爱，很灿烂”明星公益行活动，前往云南大理的石龙小学，为山区儿童奉献爱心。
2016年11月29日，应邀出席第二届完美公益影像节，并获中国妇女发展基金会任命为“妈妈制造火焰计划”宣传大使，为公益事业贡献力量，她还在现场以妇基会代表的身份为帮助唇腭裂儿童的善行者颁奖。
影视类
2016-08-18第1届金骨朵奖网络剧最佳女主角太子妃升职记（获奖）
2016-08-18第1届金骨朵奖微博FANS选择人气剧星太子妃升职记（获奖）
2015-10-31第2届横店影视文荣奖最佳女配角二炮手（获奖）
综合类
2018-05-032018年全国向上向善崇义友善好青年（获奖）
2017-01-16微博之夜年度人气艺人（获奖）
2017-01-10中国原创文学风云榜年度最受欢迎演员从你的全世界路过（获奖）
2016-12-21“年轻的选择”2016优酷盛典年度炸屏艺人（获奖）
2016-11-092016时尚COSMO美丽盛典年度飞跃偶像（获奖）
2016-11-06第1届粉丝嘉年华明星势力榜年度人物（获奖）
2016-10-302016时装之夜年度最具实力演员（获奖）
2016-01-12第1届2015移动视频风云盛典年度魅力女性（获奖）
大众电影百花奖
2018第34届大众电影百花奖最佳女配角奖建军大业（提名）
张天爱的演技和外形都在《二炮手》中展现得淋漓尽致，她饰演的日本军医凌织羽不论是刚出场时穿着华丽风衣，还是被俘后披着大棉被，都散发出别致的美感。楚楚可怜的眼神时而又露出骄傲而凌厉的光芒。张天爱在《太子妃升职记》中的帅美形象非常受到欢迎，她时而英气潇洒时而仙气妩媚的气质更是让人欲罢不能，其身材容颜都称得上是上等美人。
爽朗大气是张天爱给人的第一印象，五官立体、眉目分明，眼睛也亮亮地闪着神采，还拥有一张精致而又大气的脸；张天爱的出现把“美、帅”二字毫无违和感地连接到了一起，性格中又透露着北方女孩的率真和直接。她凭借《太子妃升职记》进入大众视野，有着清新俊美的面孔、玲珑有致的身材、独特的气质，而她年轻、独立且努力奋斗的形象更是受到观众喜爱。
