張家輝電影全部作品如下：
1989年在電影《壯誌雄心》中出演少年警校學員，開始其演員生涯。
1989年與亞洲電視簽約成為該電視臺演員。加入亞視所拍攝的第壹部電視劇為陳木勝監制的警匪題材劇集《赤子雄風》，出演反派。
1998年出演王晶的喜劇賭片《賭俠1999》，獲第18屆香港電影金像獎最佳男配角提名。
1999年在電影《千王之王2000》中飾演“梁寬”。
2004年出演杜琪峰導演的《大事件》飾演“張誌恒”。
2006年主演電影《黑社會之以和為貴》。
2007年在電影《出埃及記》飾“關炳文”，獲得第27屆香港電影金像獎最佳男配角提名。
2008年與謝霆鋒、張靜初合作主演電影《證人》，憑借該片張家輝榮獲第53屆亞太影展最佳男主角、第28屆香港電影金像獎最佳男主角以及第46屆金馬獎最佳男主角。
2010年出演林超賢執導的警匪大片《線人》。
2011年與謝霆鋒、蔡卓妍、黃奕、何家勁、佟大為合作參演《財神客棧》；同年客串電影《建黨偉業》，飾“梁啟超”。
2012年由張家輝、任達華、文詠珊、謝安琪主演的犯罪懸疑片《大追捕》，在片中飾演壹位啞巴殺手“王遠陽”，獲得第49屆金馬獎最佳男主角提名、第32屆香港電影金像獎最佳男主角提名。
2013年出演電影《激戰》飾“程輝”，憑借該片獲得第16屆上海國際電影節最佳男演員獎、第10屆華鼎獎中國最佳電影男演員獎及第56屆亞太影展最佳男主角提名；同年出演電影《掃毒》；同年首次執導電影《盂蘭神功》。
2014年再次出演林超賢執導電影《魔警》；同年搭檔鄭秀文、Angelababy、歐豪主演愛情輕喜劇《臨時同居》。
2015年2月19日與周潤發出演電影《澳門風雲2》上映；4月30日主演的電影《赤道》全國公映；同年再次執導驚悚題材電影《陀地驅魔人》。
2016年與古天樂主演電影《使徒行者》，出演壹個有雙重身份的臥底。
2018年，執導並同徐靜蕾、何炅主演電影《低壓槽：欲望之城》。
2019年6月主演國產科幻片《末日拯救》；同年8月9日與古天樂合作主演的電影《使徒行者2:諜影行動》上映；9月12日在上映的犯罪動作片《催眠·裁決》中飾演陪審團成員許立生。
2020年參演電影《731》上映；同年12月21日入選2020中國品牌人物500強。
2021年2月5日參演的電影《731》開機。[15]10月28日，主演的犯罪動作電影《新秩序》宣布殺青。
2022年3月16日，主演的犯罪動作電影《新秩序》正式定檔7月8日。7月21日，參演的電影《爆裂點》在香港開機。8月5日，參演的電影《明日戰記》在中國大陸上映。