2002年，在李雪键主演的战争剧《 中国轨道》中饰孙伟。

2003年7月，出演了陆川执导的讲述藏羚羊迁徙与成长故事的《 可可西里》，也是他的首部电影作品 。

2004年6月，加盟了我国第一部反映傈僳族生活题材的影片《 怒江魂》的演出 。

2006年1月，与谢君豪领衔主演了反特题材作品《 保密局的枪声》 。

2007年1月，参演了以反腐倡廉为主题的《 黑白人生》，诠释了山阳县公安局代理局长 ；9月，在李光洁主演的红色抗日作品《 杀虎口》中饰伪军首领钱佳皓 ；10月，主演翰韬执导的都市励志剧《 生命有明天》 ；同年，与石兆琪合作主演了改编自日本推理漫画《 金田一少年之事件簿》的《 深瞳》，扮演警察老江 。

2008年2月，与张延、张嘉译领衔主演了年代商业戏《 大商道》 ；9月，主演了讲述徽商钱庄传奇经历商战戏《 新安家族》 。

2009年10月，张正阳主演了红色抗战剧《 地雷战传奇之锄奸行动》，诠释了大反派刘振堂一角 。

2011年7月，主演了由高峰、于鹏联合执导的我国第一部以《诗经》内容为题材的电影《 关关雎鸠》，扮演画家庄孟辰 ；9月，参加了武侠战争剧《 南少林荡倭英豪》的演出，扮演林家镖局大少爷林展翔 ；随后，在谷诗阳执导的民国抗战剧《 刀锋乱世情》中饰华阳生 。

2012年4月，主演了刑警题材作品《 势不两立》，在剧中饰演卧底马子龙 。

2013年5月，与董维嘉合演了刑侦题材悬疑剧《 中国刑警803》，扮演刑侦总队的队长陈雷 ；12月，在王茜、刘钧领衔主演的医疗行业剧《 急诊室故事》中饰汪晓寒 。

2019年10月14日，参演的电视剧《明月照我心》在腾讯视频播出，在剧中饰演皇帝。

2020年9月，参演的电视剧《当家主母》开机。9月16日，参演的电视剧《沉默的真相》定档在爱奇艺首播，在剧中饰演胡一浪。11月8日，主演的电视剧《复古神探》开机。

2021年3月20日，主演的电影《霸王》开机。

注：部分时间为开机时间

张正阳独树一帜的表演风格给各类角色增添了很多不一样的色彩（ ） 。他是一个演技不俗的演技派（ ） 。在《地雷战传奇之锄奸行动》中，他把反派人物诠释的惟妙惟肖，时而“温善亲和”时而“阴险可怕”，形象鲜活饱满（ ） 。