2010年初,与张一鸣、崔志佳、乔杉、修睿组爱笑兄弟,并共同在辽宁卫视播出的综艺节目《谁是主角之爱笑会议室》中担任表演嘉宾。同年,主演第一部电影《决战刹马镇》,饰演头扎小辫、身穿红色紧身裤的偷鸡一角。
2011年,张子栋正在因节目而人气增加时,却选择退出了《爱笑会议室》,而他表示退出原因是与公司安排有关。2012年,张子栋开始进军大银幕,一年接拍了多部电影作品。
其中,先与乔任梁、吴镇宇搭档主演喜剧电影《请叫我英雄》;又与刘诗诗、胡夏合作主演爱情电影《伤心童话》。 2013年,参演由导演黄雷执导的喜剧电影《愤怒的小孩》,与音乐人马上又扮演的笨贼二人组并承担起全片过半的笑料。
同年,与柳岩、王宁、马丽联袂主演网络喜剧《香瓜七兄弟》。2014年,与沈腾、王琦、赵丹联袂主演喜剧《人见人爱》,饰演闫究森。
同年,还主演都市励志系列剧《圆梦》,用无厘头爆笑的表演方式饰演了一名为梦想而奔走的小导演邱伟。2015年,与徐超联合执导并主演网络喜剧《发明大师》,饰演工程师兼发明家李居里。2016年1月,参加东方卫视综艺节目《欢乐喜剧人第二季》。