1977年进入影视圈，1978年，出演首部电影《哪吒三太子》。1979年，出演胡慧中主演的电影《欢颜》而受到大众关注，在片中饰演黄执中。1981年3月26日，与林青霞、秦祥林共同主演惊悚电影《爱杀》上映，饰演杀人犯。1982年10月，主演的励志电影《大远景》上映。1983年9月2日，出演的由钟镇涛、叶童主演的喜剧片《表错七日情》上映，饰演耐冬的丈夫雷先生（Lui Kai-chi）。

1991年4月25日，与利智、樊少皇等人共同主演动作电影《魔域飞龙》上映，在片中饰演日本企业家中村宏一；7月27日，与张震、杨静怡共同主演的爱情电影《牯岭街少年杀人事件》上映，在片中饰演小四儿的父亲，该角色是民国时期传统的知识分子，为人有极强的正义感和道德感，却在处事上不够圆滑，张国柱凭借该片与儿子张震同时入围第28届金马奖最佳男主角奖；同年8月1日，出演由成龙、刘德华等人主演的动作电影《火烧岛》上映，在片中饰演黄伟好友淼生一角。1992年11月12日，与刘德华、林青霞等人合作的武侠电影《绝代双骄》上映，在剧中饰演江别鹤。1993年，与吴雪雯、林伟等人共同主的剧情片《那个少女不多情之脱的疑惑》，饰演Jean的父亲。1994年4月15日，由林志颖、释小龙、郝劭文主演的喜剧片《笑林小子》上映，在其中饰演四毛的父亲。2001年5月31日，在古天乐、吴彦祖等人主演的动作电影《野兽之瞳》中饰演贺冲的父亲贺川。2007年，凭借在电视剧《白色巨塔》中饰演的徐大明一角，获得了第42届台湾电视金钟奖戏剧类男配角奖。