2010年，出演由儿童节目部和中央电视台少儿频道（CCTV-14）《大风车》栏目组联合制作的儿童情景剧《疯丫头第二季》，饰演温文儒雅的才子慕容，初涉荧屏。

2015年，中戏大三的张铭恩在刘天池执导的校园青春电影《薄荷》中扮演男主角叶磊，并由此开始演艺生涯。

2016年7月4日，张铭恩与陈伟霆、张艺兴、赵丽颖等合作主演的民国悬疑剧《老九门》播出，他在剧中饰演沉稳内敛、赤胆忠心的张副官。同年11月，张铭恩搭档杨紫茳出演了《老九门番外之虎骨梅花》。同年12月3日，出席爱奇艺“尖叫之夜”盛典，并凭借《老九门》获得年度电视剧新人奖。

2017年7月，张铭恩主演的悬疑探案网剧《河神》播出，他在剧中饰演了家境优渥的法医丁卯。

2018年7月，张铭恩主演的现代探险题材电视剧《沙海》播出，在剧中再度饰演机敏聪慧的张副官张日山。随后，主演奇幻爱情剧《爱上北斗星男友》，饰演神秘写命师赤语。同年，张铭恩与文咏珊主演的都市情感励志剧《只为遇见你》杀青，他在剧中饰演雅痞不羁的继承人于直；7月2日，其参加的腾讯视频全明星篮球竞技真人秀节目《超级企鹅联盟Super3:星斗场》首播。

2019年5月27日，参演的电视剧《爵迹·临界天下》播出，饰演麒零。11月，主演的民国悬疑网剧《虫图腾》开机。

2020年4月14日，主演的民国悬疑网剧《虫图腾》杀青；7月6日，主演的民国探案剧《河神2》在爱奇艺播出；9月，加盟腾讯视频导演选角真人秀《演员请就位第二季》。