1989年在电影《壮志雄心》中出演少年警校学员，开始其演员生涯。1995年签约无线电视。1998年参演电影《赌侠1999》，获第18届香港电影金像奖最佳男配角提名。2003年12月8日与关咏荷在澳大利亚结婚。2004年出演杜琪峰导演的《大事件》。2008年，张家辉与谢霆锋、张静初合作主演《证人》，凭借该片张家辉荣获第53届亚太影展最佳男主角、第28届香港电影金像奖最佳男主角以及第46届金马奖最佳男主角。2010年，出演林超贤执导的警匪片《线人》。2012年，在《大追捕》中饰“王远阳”，获得第49届金马奖最佳男主角提名、第32届香港电影金像奖最佳男主角提名。2013年，出演《激战》获第33届香港电影金像奖最佳男主角、第16届上海国际电影节最佳男演员奖、第10届华鼎奖中国最佳电影男演员奖。
2015年2月19日，与周润发出演电影《澳门风云2》上映 。4月30日，主演的电影《赤道》全国公映 。11月26日，自导自演的第二部作品《陀地驱魔人》香港公映。
