在韩栋版《鹿鼎记》中饰演韦小宝七个老婆之一的苏荃。在范冰冰版《武媚娘传奇》中饰演唐高宗李治的宠妃萧淑妃，翩若惊鸿婉若游龙，继饰演李莫愁、妲己和马夫人之后再次饰演蛇蝎美人。

2015年与李佳航合作的电视剧《奋囧》播出，在剧中饰演女主角顾阡陌。由湖南芒果娱乐有限公司出品时装剧《只因单身在一起》中饰演女强人林曼妮一角。2月17日，参加央视网络春晚年会现场，同胡夏演唱歌曲《问世间》。4月27日，张馨予正式代言畅游移动多职业无限制3D ARPG动作手游《大唐双龙传》。

6月，代言趣游时代2015年度3D暗黑仙侠作《佛本是道》。8月，入围第17届华鼎奖古装剧最佳女主角提名。同时参演的由饶俊编剧、徐海乔联袂主演的玄幻新媒体剧《昆仑阙之前世今生》在横店杀青。

同年9月，由黄祖权导演、陈同勋担任造型执导、张馨予、朱一龙联袂主演的改编自古龙小说《边城浪子》顺利杀青，在剧中饰演武林第一美女马芳铃;同月受邀参加第72届威尼斯电影节。同年参演文隽监制的电影《魔卡行动》，饰演女主角李菲菲。

10月14日，张馨予代言9377平台旗下的即时战斗网页游戏《皇图》。10月16日宣布代言游族网络发行的手机游戏《超时空机战》。

2016年1月搭档马可、易烊千玺、杜淳、斓曦等出演青春古装传奇剧《思美人》;同年与马可、韩彩英、Pong等中泰意韩明星共同出演的偶像剧《重生之名流巨星》播出。

2月8日，与张哲瀚、景甜合作的历史古装大戏《班淑传奇》将正式登陆央视八套黄金档，在剧中饰演“刘萱”一角。2016年2月，客串网络剧《半妖倾城》，饰演瑾太妃。