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2001年8月27，张子枫出生于河南省三门峡市。
2007年，张子枫参与拍摄美的豆浆机、中国电信、露露饮料等系列广告。
2008年，因参与出演林丛导演的情景喜剧《电脑娃娃》和根据老舍作品改编的近代革命电视剧《龙须沟》等作品从而正式进入演艺圈。
2009年，张子枫参演了近代谍战剧《秘密列车》和民国言情剧《宁为女人》等多部电视剧。
2010年，由冯小刚执导的灾难电影《唐山大地震》上映，在片中，张子枫饰演童年方登，并凭借该角色获得第31届大众电影百花奖最佳新人奖，成为百花奖开设至2010年时年龄最小的获奖者。之后，在由王宝强和陶虹主演的年代亲情剧《我的父亲是板凳》中，饰演一名烈士遗孤红儿。
2011年，在家庭情感剧《情感战争》中饰演顾乐，与父亲演绎出一场感人至深的父女情缘，还凭借剧中表现荣获江苏卫视最具表演潜质奖。
2012年，以倡导“信、望、爱”为主题的现代医疗题材剧《心术》播出；在剧中，张子枫饰演身患重病急需换肾的南南。之后，在古装宫廷片《宫锁沉香》中，张子枫首次挑战古装扮相，饰演小沉香。此外，还在都市情感剧《璀璨人生》中，饰演一个善良懂事、爱憎分明的女孩余非。并且，在现代都市剧《幸福绽放》中，饰演一位乖巧、懂事却被命运无情摧残的女孩夏霏。同年，张子枫还客串出演古代职场喜剧《龙门镖局》。
2013年，现代喜剧片《摩登年代》在中国上映，张子枫饰演丢丢，与徐峥组成“父女”组合。
2014年，张子枫为动画喜剧片《天才眼镜狗》的角色PennyPeterson配音；这是张子枫的配音首秀。4月8日，参演的家庭伦理剧《老爸回家》在江苏卫视播出，在剧中张子枫饰演霍启小女儿霍聪。4月25日，青春校园电影《同桌的你》上映，张子枫出演少年周小栀。5月，在年代战争剧《面具侠》中饰演小核桃，在剧中张子枫还首次挑战了打戏。
2015年，参演民国惊悚片《魔宫魅影》；6月，在动作喜剧片《唐人街探案》中饰演神秘少女思诺；9月，主演都市家庭情感剧《小别离》，饰演一名在经历过一系列事件后终获得成长的女孩方朵儿。
2016年，主演青春励志电影《岁月忽已暮》。9月，主演青春励志成长校园剧《我们的少年时代》，饰演性格豪爽的棒球队经理栗梓。
2017年，因凭《小别离》的表现，入选为由电视指南特别策划的中国最具产业影响力电视剧新人之一。3月，出席巴黎时装周。4月，张子枫出席第七届北京国际电影节，并担任北京展映国片推介人。5月4日，在中央电视台“五四晚会”上演唱歌曲《梦想开始的地方》，并以十位文艺界优秀青年代表之一的身份荣获共青团中央宣传部特别授予“五.四优秀青年”称号。6月9日，主演的校园青春励志电影《李雷和韩梅梅》于全国上映，在片中张子枫饰演韩梅梅，演绎一段“体育女王”韩梅梅与“学霸男神”李雷的青春故事；并凭该角色获得第5届中英电影节组委会最佳新人奖项。11月3日，青春校园悬疑网络剧《推理笔记》在腾讯视频上线，张子枫挑战双重型人格，分别饰演脱线傲娇少女夏早安和神秘推理高手爱迪生。
2018年，与周迅搭档，参演由陈可辛监制、岩井俊二编剧的都市情感片《你好，之华》，并凭少年之华一角入围第55届金马奖最佳女配角奖。6月16日，出席第21届上海电影节开幕式。7月18日，与熊梓淇、刘剑羽等合作主演的青春校园偶像剧《我和两个他》在爱奇艺上线，并在剧中饰演初入大学校园的少女林圆。8月17日，领衔主演根据同名国产漫画改编的电影《快把我哥带走》在全国上映，并在片中饰演“暴力萝莉”时秒；该片上映十三天，累积票房突破3亿，更得到了人民日报等多家主流媒体赞誉。同时，还；12月9日，在2018电影嘉年华·电影之夜中，凭借《快把我哥带走》中的时秒一角荣获“最受瞩目表现奖”。电影导演协会公布2018表彰大会初评入围年度女演员。
2019年，主演青春校园电影《再见，少年》。4月12日，主演的由郭涛执导的都市悬疑电影《欲念游戏》在全国上映。4月26日，以常驻嘉宾身份录制的生活服务纪实节目《向往的生活第三季》在湖南卫视播出。7月，参演由彭宥纶执导的都市情感片《亲爱的新年好》。9月30日，新中国成立70周年国庆系列献礼片《我和我的祖国》在全国公映，张子枫在由文牧野执导的单元电影《护航》中饰演童年吕潇然，由此还入围第35届大众电影百花奖最佳女配角候选名单。10月1日，由吉尔·卡尔顿和托德·维尔德曼执导的奇幻动画电影《雪人奇缘》在全国上映，张子枫为片中女主角小艺中文配音。12月31日，主演的都市情感片《宠爱》上映，她在片中饰演江楠。12月31日，与魏大勋、白百何合作主演的电影《亲爱的新年好》上映。
2020年，参演的电影《秘密访客》发布海报，宣布将于6月25日上映。2020年，悬疑喜剧片电影《唐人街探案3》上映，在片中张子枫继续饰演神秘少女思诺。5月8日，以常驻嘉宾身份参与湖南卫视生活服务纪实节目《向往的生活第四季》。在7月31日，张子枫凭借电影《再见，少年》黎菲一角获得第23届上海国际电影节电影频道传媒关注单元最受传媒关注女主角荣誉。10月26日，由陈正道执导、殳俏编剧，张子枫等出演的电影《秘密访客》发布首支预告。12月6日，以“国宝守护人”身份参加录制的中央广播电视总台大型文博探索节目《国家宝藏第三季》播出；12月31日，张子枫主演的电影《我的姐姐》发布定档海报，宣布将于2021年4月2日上映。上映，饰演失去父母的姐姐，在面对追求个人独立生活还是抚养弟弟的问题上展开了一段细腻感人的故事。5月1日，参演由陈正道执导的悬疑电影《秘密访客》上映；8月14日，张子枫与吴磊领衔主演的青春电影《盛夏未来》上映，她在片中饰演高考失利的少女陈辰。
盛夏未来2021-8-14饰演陈辰导演陈正道主演吴磊、郝蕾
秘密访客2021-5-1饰演姐姐导演陈正道主演郭富城、段奕宏
我的姐姐2021-4-2饰演姐姐导演殷若昕主演朱媛媛、段博文、梁靖康
唐人街探案32021-2-12饰演思诺导演陈思诚主演王宝强、刘昊然
宠爱2019-12-31饰演江楠导演杨子主演于和伟/吴磊/钟汉良/杨子姗/陈伟霆/钟楚曦等
亲爱的新年好2019-12-31导演彭宥纶主演白百何、魏大勋
雪人奇缘2019-10-1饰演女主配音导演吉尔·卡尔顿、束焕主演汪可盈
我和我的祖国2019-09-30饰演少年吕潇然导演文牧野主演宋佳
欲念游戏2019-04-12饰演萌萌导演郭涛主演郭涛、姜潮
再见，少年2019（开机时间）饰演黎菲导演殷若昕主演张宥浩
你好，之华2018-11-09饰演少年之华导演岩井俊二主演周迅
快把我哥带走2018-08-17饰演时秒导演郑芬芬主演彭昱畅
李雷和韩梅梅2017-06-09饰演韩梅梅导演杨永春主演张逸杰
岁月忽已暮2017（开机时间）饰演姜河导演秦小珍主演姜潮、宋威龙
魔宫魅影2016-04-29饰演孔兰导演叶伟民主演林心如、杨祐宁、任达华
唐人街探案2015-12-31饰演思诺导演陈思诚主演王宝强、陈赫、佟丽娅
同桌的你2014-04-25饰演周小栀(少年)导演郭帆主演周冬雨、林更新
摩登年代2013-08-23饰演丢丢导演邵晓黎主演徐峥;张颂文
宫锁沉香2013-08-13饰演沉香(少年)导演潘安子主演周冬雨、陈晓、赵丽颖
唐山大地震2010-07-22饰演方登(少年)导演冯小刚主演徐帆、张国强、陈道明
我和两个他2018-07-18饰演林圆导演刘亚菱主演熊梓淇、刘剑羽、刘奕畅
推理笔记2017-11-03饰演夏早安/爱迪生导演林清振主演侯明昊、汪铎
我们的少年时代2017-07-09饰演栗梓导演成志超主演TFboys、薛之谦、李小璐
小别离2016-08-15饰演方朵朵导演汪俊主演黄磊、海清、TFboys
使命召唤2015-04-09饰演小核桃导演黄文利主演侯梦莎、傅程鹏、夏厚斌
璀璨人生2013-08-27饰演余非(童年)导演柯翰辰主演李沁、何润东、阚清子
龙门镖局2013-07-30饰演小雪绒
老爸回家2013-03-22饰演霍聪导演斗琪主演刘威、彭玉、杨紫
幸福绽放2013-03-20饰演小夏霏导演澄丰、周家文主演马娅舒、温峥嵘、朱泳腾
顾乐家的幸福生活2012-08-13饰演顾乐导演扈耀之主演张国强、姜宏波
心术2012-05-03饰演南南导演杨阳主演吴秀波、海清、张嘉译
我的父亲是板凳2011-07-19饰演红儿导演黄文利主演王宝强、陶虹
大爱无敌2009-11-22饰演徐佳佳导演周耀杰主演贾静雯
龙须沟2009饰演小妞子导演李成儒主演李成儒、郑天玮
宁为女人2008-06-24饰演徐雪妨导演杨玄主演马雅舒、黄伟豪、陈冠林
平安是福2008饰演小葫芦导演乔杰主演杨立新
电脑娃娃2008饰演汪莎莎导演林丛、杨影主演高亚麟、苑冉
2020-8-27 2020福布斯中国名人榜TOP100排名81位 （获奖）
2019-6-1 中国青年明星公益新力量奖 （获奖）
2017-05-04 中央电视台“五四晚会”五四优秀青年称号 （获奖）
2020-8-4 第35届大众电影百花奖最佳女配角 我和我的祖国 （提名）
2020-7 第23届上海国际电影节之电影频道传媒大奖最受传媒关注女主角奖 再见，少年 （获奖）
2019 第26届北京大学生电影节最佳新人奖 快把我哥带走 （提名）
2018-12-9 电影嘉年华最受瞩目表现奖 快把我哥带走 （获奖）
2018 第55届台湾电影金马奖最佳女配角奖 你好，之华 （提名）
2017-12-07 第5届中英电影节最佳新人奖 李雷和韩梅梅 （获奖）
2017-05-18 第22届华鼎奖中国百强电视剧最佳女配角奖 小别离 （获奖）
2013-03-02 江苏观众最喜爱的电视剧颁奖典礼最具潜质表演奖 情感战争 （获奖）
2012 第31届大众电影百花奖最佳新人奖 唐山大地震 （获奖）
和大多数过早入演艺圈的人一样，张子枫在一问一答间也有着和同龄人不一样的早熟，不过张子枫的早熟里并没有狡黠的成分，倒是有着难得的大气、淡定（成都商报评）。
在电影《唐山大地震》中，张子枫大多数都在废墟中演戏。虽然在拍摄时只有8岁，但已经能像职业演员一样吃苦耐劳。在《唐人街探案》中，张子枫结尾那微笑让一部喜剧电影一秒钟变成恐怖片，情节也全部大翻转。随后这狞笑转瞬即逝，张子枫又恢复成天真清纯无辜的模样，是天使和魔鬼的双重附体（新浪娱乐评）。
从《唐山大地震》中的小方登，到《同桌的你》中的少年周小栀，每部作品张子枫都诠释的游刃有余。此外，张子枫不仅表演出色，广告、主持方面也很优秀。尽管张子枫取得了不菲成绩，但始终保持着谦卑的态度，对此，使合作过的许多艺人们对张子枫有着较高的赞许和评价（网易娱乐评）。
张子枫不仅可以扮演纯情善良的少女，还可以走腹黑路线。表演上有亮眼表演之余，张子枫在生活中还是一个学霸（广州日报评）。
