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，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 。2016年，主演电视剧《和妈妈一起谈恋爱》，饰演张大哲 。
2020年9月16日出演廖凡、白宇主演现代悬疑剧《沉默的真相》 ，在剧中饰演胡一浪。
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（搜狐网评） 。他是一个演技不俗的演技派（新疆都市报评） 。
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（新浪网评） 。
相关信息非法抄袭自百度百科