3月22日，主演電影《我會(huì)好好的》上映；

攜手張偉麗主演電影《下一個(gè)臺(tái)風(fēng)》。[1][1]

主演電影《穿過月亮的旅行》上映，飾演林秀珊，獲第37屆金雞獎(jiǎng)最佳女主角提名[2][2]；

同年主演《危機(jī)航線》，票房累計(jì)突破50億，領(lǐng)銜00后女演員票房排行榜。[3][3]

參演陳凱歌執(zhí)導(dǎo)的戰(zhàn)爭片《志愿軍：雄兵出擊》《志愿軍：存亡之戰(zhàn)》，飾演抗美援朝背景下的角色李曉。

主演雙時(shí)空成長勵(lì)志國民劇《天才基本法》。

4月2日，家庭電影《我的姐姐》在全國上映，張子楓飾演在家庭責(zé)任與個(gè)人理想間掙扎的安然，她憑借此片榮獲第19屆中國電影華表獎(jiǎng)優(yōu)秀女演員，成為歷屆該獎(jiǎng)項(xiàng)最年輕的獲獎(jiǎng)?wù)?，同時(shí)榮獲第16屆中國長春電影節(jié)最佳女演員獎(jiǎng)，并提名第34屆中國電影金雞獎(jiǎng)最佳女主角[4][4]；

5月1日，參演由陳正道執(zhí)導(dǎo)的懸疑電影《秘密訪客》上映；

7月9日，參演的電影《中國醫(yī)生》上映；

7月30日，與吳磊聯(lián)合主演校園青春片《盛夏未來》上映，影片中對(duì)青春的描繪和表達(dá)獲得廣大觀眾的肯定[5][5]；

同年，經(jīng)徐崢推薦，張子楓入選2021年度電影頻道“星辰大海”青年演員優(yōu)選計(jì)劃[6][6]。

憑借電影《再見，少年》黎菲一角獲得第23屆上海國際電影節(jié)電影頻道傳媒關(guān)注單元最受傳媒關(guān)注女主角榮譽(yù)。[7][7]

9月30日，新中國成立70周年國慶系列獻(xiàn)禮片《我和我的祖國》在全國公映，張子楓在由文牧野執(zhí)導(dǎo)的單元電影《護(hù)航》中飾演童年呂瀟然，由此還入圍第35屆大眾電影百花獎(jiǎng)最佳女配角候選名單[8][8]；

12月31日，主演的都市情感片《寵愛》上映，她在片中飾演江楠；

12月31日，與白百何、魏大勛合作主演的電影《親愛的新年好》上映。

出演電影《你好，之華》，并憑借此片提名金馬獎(jiǎng)最佳女配角。[9][9]

以十位文藝界優(yōu)秀青年代表之一的身份獲共青團(tuán)中央“五·四優(yōu)秀青年”稱號(hào)[10][10]；

主演電影《李雷和韓梅梅》獲中英電影節(jié)最佳新人獎(jiǎng)[11][11]。

在電視劇《小別離》中飾演中學(xué)生方朵朵，獲第22屆華鼎獎(jiǎng)最佳女配角[12][12]；

同年拍攝青春片《快把我哥帶走》，飾演時(shí)秒，與彭昱暢的兄妹互動(dòng)引發(fā)情感共鳴。

主演懸疑片《唐人街探案》，飾演少女思諾，片尾的詭異微笑成為經(jīng)典鏡頭。[13][13]

在現(xiàn)代喜劇片《摩登年代》中飾演丟丟，與徐崢組成“父女”組合。

參演馮小剛執(zhí)導(dǎo)電影《一九四二》；

在古裝宮廷片《宮鎖沉香》中首次挑戰(zhàn)古裝扮相，飾演小沉香。

她在馮小剛執(zhí)導(dǎo)的災(zāi)難片《唐山大地震》中飾演“小方登”，以廢墟下的絕望眼神震撼觀眾，斬獲第31屆大眾電影百花獎(jiǎng)最佳新人獎(jiǎng)，成為該獎(jiǎng)項(xiàng)最年輕的獲得者。[14][14]