1984年，出生在石家莊一個軍人家庭，因為家族基因的關系，她從小就身高腿長并顯現出了體育天分，8歲時她被體育老師推薦到業余體校練習田徑，主項是三級跳遠和百米跨欄。
1996年，考入北京大學附屬中學；之后幾年，她相繼獲得了北京市第十屆運動會女子100米欄丙組冠軍；北京市第十屆運動會女子4X100米接力特別季軍；以及全國少年田徑分齡賽女子100米跨欄第四名。在此期間她還曾與劉翔一起接受田徑訓練。
2002年，因志不在體育，放棄了體育特長生身份，并選擇進入北京科技大學經濟管理系工商管理專業就讀。
2003年，非典疫情蔓延，各大高校停課，張梓琳慕名參加了新絲路中國模特大賽，并最終獲得了全國總決賽十佳的成績；隨后，她成功進入新絲路模特經紀公司成為了簽約模特。
2004年，獲得了北京科技大學體育先進個人稱號。兩年后，張梓琳獲得了北京科技大學人民獎學金四等；而在校期間，她還擔任了北京衛視《搜城記》欄目的外景主持人；之后，張梓琳大學本科順利畢業并獲得了管理學學士學位。
2006年，每個月拍攝的一線時尚雜志數量約為10-15本，且是多本主流雜志的封面和內頁女郎；與此同時，還參加了眾多國內外時尚品牌的時裝秀，并受到了資深時裝設計師ARMANI先生的青睞。
2007年6月，以職業模特的身份應法國外交部邀請隨團中央全國青聯組派的中國青年藝術家代表團赴法國進行友好訪問；隨后，開始參加第57屆世界小姐選美大賽；12月1日，在第57屆世界小姐總決賽中艷壓群芳，代表中國摘得桂冠，成為了首位奪得世界級選美比賽冠軍的中國佳麗。
2008年，在世界小姐的一年任期內，代表世界小姐機構周游世界參與了眾多的慈善公益活動；同年，還成為了時尚品牌歐萊雅的亞洲形象大使。
2009年，擔任了招商銀行-ELLE聯名卡的年度代言人。
2010年，與黃曉明、古天樂、羅志祥、蔡依林共同代言了百事可樂；同年，與環球熱力兄弟合作代言了施華洛世奇系列手表。
2011年，成為美寶蓮BB霜的代言人；同年3月3日，與劉燁、焦恩俊、劉承俊聯袂主演的硬派幽默警匪片《硬漢2：奉陪到底》全面上映，而這也是張梓琳的影視處女作。
2013年、客串出演了現代動作喜劇片《不二神探》；同年，還出演了3D古裝魔幻片《大鬧天宮》。
2014年4月29日，與周迅、佟大為、鐘漢良合作主演的都市愛情喜劇片《我的早更女友》在全國公映；同年，與何潤東、秦昊、周一圍等人聯袂主演了現代愛情片《愛情麻辣燙之情定終身》。
2021年2月11日，參加《2021年中央廣播電視總臺春節聯歡晚會》，與李宇春、何穗、奚夢瑤等人一起表演時裝走秀《山水霓裳》。
《硬漢2》、《不二神探》、《大鬧天宮》、《我的早更女友》、《愛情麻辣燙之情定終身》等。
《點燃激情傳遞夢想》、《世界跟著我走》、《北京歡迎你》等。
2003年，獲新絲路中國模特大賽全國總決賽十佳。
2006年，獲中國時尚獎—中國十佳職業時裝模特。
2007年，獲新絲路年度模特評比優秀職業模特。
2007年，獲第57屆世界小姐選美大賽中國區總冠軍。
2007年，獲第57屆世界小姐選美大賽單項獎頂級模特項目冠軍。
2007年，獲第57屆世界小姐選美大賽首個單項獎沙灘小姐比基尼泳裝秀項目季軍。
2007年，獲第57屆世界小姐選美大賽總決賽冠軍。
2009年，獲中國風尚超模頒獎典-“風尚慈善超模大獎。
2009年，獲集善盛—陽光名人慈善夜”獲得慈善明星獎。
2010年，獲女性傳媒獎-"社會性別平等倡導人稱號。
2010年，獲BQ紅人榜-“年度公益影響力紅人。
她平易近人，與人為善，成功奪冠在于Inside（內在）而不是Outside（外在）”。（世界小姐組織機構主席莫莉夫人評）
張梓琳讓人有種驚艷的味道，矜持的男士看到她會興奮，平時很自信的自己面對她時有自慚形穢的感覺，她的美，讓人找不到破綻。（楊瀾評）
體育健將、超模、演員，人們很難僅僅用一個詞來概括張梓琳，盡管在獲得“世界小姐”稱號后她多在娛樂圈出沒，但恐怕也很難將她歸為圈內人。出身軍人和知識分子家庭的張梓琳，在娛樂圈中似乎有種獨善其身之感，始終保持著知性優雅的形象。盡管被人們所熟知和喜愛，但她并沒有狂熱地跳入娛樂圈這個大名利場，而是依然謹慎地游走在邊緣。（都市女報評）
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