2012年8月，張碧晨參加了KBS主辦的“K-POP世界慶典 ”中國賽區的歌唱比賽，憑借韓劇《擁抱太陽的月亮》的插曲《時光倒流》獲得總冠軍；10月28日，以中國賽區冠軍的身份代表中國赴韓國參加“K-POP世界慶典”總決賽，并獲得了韓國總決賽第二名的成績和最優秀獎。

2013年3月，張碧晨被KBS韓流促進團團長選中，受邀參加了韓國音樂節目《音樂銀行》，并在節目中與韓國歌手Ali合唱歌曲《傷痕》，也因此張碧晨被節目組的導演看中，之後被推薦簽下了韓國的一家經紀公司；同年4月，張碧晨簽約了韓國經紀公司Haeun Entertainment，正式開始了自己韓國練習生的生活；7月25日，作爲女子組合Sunny Days一員在韓國正式出道；7月31日，随組合推出了。之後，由于韓方經紀公司屢屢違反合同，被迫解約。

2014年7月25日，回國後的張碧晨參加了浙江衛視音樂節目《中國好聲音第三季》，以一曲《她說》獲得四位導師轉身，并加入到那英戰隊；9月26日，在那英組的終極考核中，獲得小組冠軍；10月7日，在總決賽中以一曲《時間都去哪兒了》奪得好聲音年度總冠軍；同年，張碧晨簽約了夢響強音，從而正式開始其個人職業歌手生涯；11月，首次登上香港紅磡的舞台；11月13日，爲電視劇《青年醫生》演唱插曲《一吻之間》，并憑借該歌曲獲得第22屆東方風雲榜“年度十大金曲”獎；12月30日，推出與餘楓等合唱的單曲《幸好有你》；12月31日，參加東方衛視“我們的夢”跨年演唱會。

2015年1月3日，張碧晨首次登上台北小巨蛋舞台；之後，張碧晨先後在各頒獎盛典中攬得了華鼎獎“華語年度最受歡迎新銳歌手”、“東方風雲榜音樂盛典最佳新銳歌手”等七個獎項；此外，她還先後登上了中央一套夢想星搭檔公益盛典以及遼甯、天津衛視春晚的舞台；同年2月，其演唱的《一吻之間》連續三周獲得百度King榜榜首，亦成爲首位奪得King榜周冠的女歌手；3月31日，正式與“夢響當然”簽訂唱片約；4月8日，推出個人首支單曲《白芍花開》；6月，張碧晨相繼爲各電視劇獻唱了主題曲《不要忘記我愛你》、插曲《年輪》等，而張碧晨個人也因此獲得更多關注；7月，她相繼爲各類電影獻唱了主題曲《我隻是慢慢走遠》、《年少輕狂》等；12月5日，在第9屆咪咕音樂盛典上獲得“年度最受歡迎新人”以及“年度最暢銷十大金曲獎”兩個獎項；同年，張碧晨受國務院僑辦邀請，參加了海外春晚的“文化中國·四海同春”活動。

2016年2月5日，受邀參加北京衛視環球春晚；3月28日，憑借《年輪》獲得第23屆東方風雲榜“年度十大金曲”獎，并包攬了“最佳年度飛躍獎”以及“全民選擇女歌手”三個獎項；4月3日，獲得MusicRadio全球流行音樂年度盛典“年度最佳新人金獎”；5月7日，獲得MusicRadio中國Top音樂盛典“内地年度最受歡迎新人”獎，并演唱歌曲《你給我聽好》；6月13日，張碧晨在“微博電影之夜”演唱了歌曲《如果一切沒有發生過》，亦憑借該歌曲獲得“微博最受歡迎電影歌曲” ；6月22日，推出單曲《渡紅塵》；同年，張碧晨爲各電視劇演唱了片尾曲《時光筆墨》、《當愛來敲門》等；9月18日，在江蘇衛視音樂競猜類《蒙面唱将猜猜猜》節目第一輪中以“進擊的女帝”形象演唱《滾滾紅塵》晉級到第二輪，并在第二期節目中以一曲《聖誕結》成功揭面；11月30日，獻聲新浪“最美表演”主題推廣曲《曾經守候》；12月10日，在北京舉辦了個人首場“自飾北京演唱會”，她還在演唱會上與嘉賓周筆暢合唱了歌曲《原點》；12月20日，在2016國劇盛典上獻唱了《年輪》、《時光筆墨》和《一直很安靜》三首歌曲；12月29日，發行首張個人音樂專輯《開往早晨的午夜》 ，其中收錄了同名主打《開往早晨的午夜》、首波主打《童夢》以及演唱會主題曲《自飾者》在内的十首歌曲；12月31日，張碧晨在江蘇衛視跨年演唱會上獨唱了歌曲《我可以忘記你》、《自飾者》，并與周華健合唱歌曲《天下有情人》。

2017年1月9日，推出與楊宗緯合唱的電視劇片尾曲《涼涼》；2月推出重新編曲電音版單曲《It's Love》；3月4日，作爲挑戰歌手陣容登上湖南衛視音樂節目《歌手2017》，并在第九期的節目中演唱了個人原創歌曲《胡桃夾子》；3月27日，憑借專輯《開往早晨的午夜》獲得第24屆東方風雲榜年度概念專輯獎和傳媒推薦大獎，亦憑借《下一秒》奪得年度金曲獎；4月22日，在“歌手2017巅峰會”上演唱了歌曲《袖手旁觀》；4月26日，推出單曲《一半一半》；5月26日，獻聲電視劇《楚喬傳》片頭曲《望》；6月，獻聲電影《明月幾時有》宣傳主題曲《曾經守候》；8月31日，在首屆微博時尚盛典中獲得“年度最具時尚影響力歌手”獎。

2018年2月15日，登上2018年中央電視台春節聯歡晚會，并與古巨基、平安、喻越越共同演唱歌曲《乘風破浪》；4月20日，在湖南衛視播出的《2018歌手金典之夜》上演唱歌曲《我變了，我沒變》5月，獻唱“五四青年節”特别歌曲《強國一代有我在》；5月12日，推出單曲《在你愛的牽挂裏》；6月9日，在北京舉行“極光”演唱會。