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1984年，出生在石家庄一个军人家庭，因为家族基因的关系，她从小就身高腿长并显现出了体育天分，8岁时她被体育老师推荐到业余体校练习田径，主项是三级跳远和百米跨栏。
1996年，考入北京大学附属中学；之后几年，她相继获得了北京市第十届运动会女子100米栏丙组冠军；北京市第十届运动会女子4X100米接力特别季军；以及全国少年田径分龄赛女子100米跨栏第四名。在此期间她还曾与刘翔一起接受田径训练。
2002年，因志不在体育，放弃了体育特长生身份，并选择进入北京科技大学经济管理系工商管理专业就读。
2003年，非典疫情蔓延，各大高校停课，张梓琳慕名参加了新丝路中国模特大赛，并最终获得了全国总决赛十佳的成绩；随后，她成功进入新丝路模特经纪公司成为了签约模特。
2004年，获得了北京科技大学体育先进个人称号。两年后，张梓琳获得了北京科技大学人民奖学金四等；而在校期间，她还担任了北京卫视《搜城记》栏目的外景主持人；之后，张梓琳大学本科顺利毕业并获得了管理学学士学位。
2006年，每个月拍摄的一线时尚杂志数量约为10-15本，且是多本主流杂志的封面和内页女郎；与此同时，还参加了众多国内外时尚品牌的时装秀，并受到了资深时装设计师ARMANI先生的青睐。
2007年6月，以职业模特的身份应法国外交部邀请随团中央全国青联组派的中国青年艺术家代表团赴法国进行友好访问；随后，开始参加第57届世界小姐选美大赛；12月1日，在第57届世界小姐总决赛中艳压群芳，代表中国摘得桂冠，成为了首位夺得世界级选美比赛冠军的中国佳丽。
2008年，在世界小姐的一年任期内，代表世界小姐机构周游世界参与了众多的慈善公益活动；同年，还成为了时尚品牌欧莱雅的亚洲形象大使。
2009年，担任了招商银行-ELLE联名卡的年度代言人。
2010年，与黄晓明、古天乐、罗志祥、蔡依林共同代言了百事可乐；同年，与环球热力兄弟合作代言了施华洛世奇系列手表。
2011年，成为美宝莲BB霜的代言人；同年3月3日，与刘烨、焦恩俊、刘承俊联袂主演的硬派幽默警匪片《硬汉2：奉陪到底》全面上映，而这也是张梓琳的影视处女作。
2013年、客串出演了现代动作喜剧片《不二神探》；同年，还出演了3D古装魔幻片《大闹天宫》。
2014年4月29日，与周迅、佟大为、钟汉良合作主演的都市爱情喜剧片《我的早更女友》在全国公映；同年，与何润东、秦昊、周一围等人联袂主演了现代爱情片《爱情麻辣烫之情定终身》。
2021年2月11日，参加《2021年中央广播电视总台春节联欢晚会》，与李宇春、何穗、奚梦瑶等人一起表演时装走秀《山水霓裳》。
《硬汉2》、《不二神探》、《大闹天宫》、《我的早更女友》、《爱情麻辣烫之情定终身》等。
《点燃激情传递梦想》、《世界跟着我走》、《北京欢迎你》等。
2003年，获新丝路中国模特大赛全国总决赛十佳。
2006年，获中国时尚奖—中国十佳职业时装模特。
2007年，获新丝路年度模特评比优秀职业模特。
2007年，获第57届世界小姐选美大赛中国区总冠军。
2007年，获第57届世界小姐选美大赛单项奖顶级模特项目冠军。
2007年，获第57届世界小姐选美大赛首个单项奖沙滩小姐比基尼泳装秀项目季军。
2007年，获第57届世界小姐选美大赛总决赛冠军。
2009年，获中国风尚超模颁奖典-“风尚慈善超模大奖。
2009年，获集善盛—阳光名人慈善夜”获得慈善明星奖。
2010年，获女性传媒奖-"社会性别平等倡导人称号。
2010年，获BQ红人榜-“年度公益影响力红人。
她平易近人，与人为善，成功夺冠在于Inside（内在）而不是Outside（外在）”。（世界小姐组织机构主席莫莉夫人评）
张梓琳让人有种惊艳的味道，矜持的男士看到她会兴奋，平时很自信的自己面对她时有自惭形秽的感觉，她的美，让人找不到破绽。（杨澜评）
体育健将、超模、演员，人们很难仅仅用一个词来概括张梓琳，尽管在获得“世界小姐”称号后她多在娱乐圈出没，但恐怕也很难将她归为圈内人。出身军人和知识分子家庭的张梓琳，在娱乐圈中似乎有种独善其身之感，始终保持着知性优雅的形象。尽管被人们所熟知和喜爱，但她并没有狂热地跳入娱乐圈这个大名利场，而是依然谨慎地游走在边缘。（都市女报评）
