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1994年，张琳在北京市海淀业余体校训练，教练是李小娜。
1999年，张琳进入北京游泳队第二体校，师从王卓龙。
2000年，陈映红教练将正在北京游泳二队接受训练的张琳招进北京游泳队。
2002年，张琳进入国家队，师从陈映红。
2003年，张琳在第10届世界游泳锦标赛男子800米自由泳中获得第八名。
2004年，张琳参加雅典奥运会游泳男子800米自由泳，并进入了决赛。
2005年7月，在游泳世锦赛男子200米自由泳半决赛中，张琳游出1分48秒05，打破了由日本选手保持的亚洲纪录；在1500米自由泳比赛中，张琳以15分09秒79获得第六名，并打破了于诚保持三年之久的全国纪录。10月，张琳在十运会中以3分51秒32获得男子400米自由泳的冠军。
2006年8月，泛太平洋游泳锦标赛在加拿大举行，张琳在男子200米自由泳比赛中获得一枚铜牌。
2007年3月，在墨尔本世锦赛男子200米自由泳决赛中，张琳游出了1分47秒53，最终获得了第六名，刷新了全国纪录。年末，张琳在澳大利亚进行为期三个月的培训，师从丹尼斯。
2008年2月，在中国游泳公开赛男子200米自由泳决赛中，张琳获得第三名；随后以15分05秒57的成绩在男子1500米自由泳中折桂。4月，全国游泳冠军赛在绍兴举行，张琳在男子400米自由泳比赛中以3分44.97秒的成绩创造了新的全国纪录，这是张琳在过去5个月内连续第3次改写400米自由泳的全国纪录；在1500米自由泳的比赛中，张琳以14分55秒9打破全国纪录夺冠。8月，在北京奥运会男子400米自由泳决赛中，张琳以3分42秒44的成绩勇夺银牌，成为中国在奥运会历史上第一个获得游泳项目奖牌的男运动员。
2009年2月，在日本短池游泳公开赛中，张琳以1分43秒04获得男子200米自由泳冠军，并打破该项目赛会纪录。7月，游泳世锦赛在罗马进行，在男子400米自由泳决赛中，张琳以3分41秒35获得一枚铜牌；在男子800米自由泳金牌争夺战中，张琳以7分32秒12夺冠，打破了澳大利亚选手哈克特在2005年创造的7分38秒65的世界纪录，同时也成为中国游泳历史第一个男子项目世界冠军；在男子1500米自由泳比赛中，张琳获得第五名。10月，第十一届全国运动会拉开帷幕，张琳以3分44秒29的成绩获得男子400米自由泳冠军；在男子4×100米自由泳接力决赛中，张琳与队友以3分15秒50获得冠军，并打破亚洲纪录；随后张琳以1分46秒12的成绩摘得男子200米自由泳冠军，以15分03秒12的成绩获得男子1500米自由泳铜牌。12月，第五届东亚运动会游泳比赛展开角逐，由张琳领衔的男子4x200米自由泳接力以7分20秒21获得一枚银牌，而张琳在男子200米自由泳决赛中，以1分49秒59的成绩获得铜牌。
2010年1月，张琳获得2009年CCTV体坛风云颁奖盛典最佳男运动员奖，随后张琳在新浪2009网络盛典中获得年度突破运动员奖。4月，全国游泳冠军赛在绍兴拉开帷幕，在第一场开战的男子200米自由泳决赛中，张琳在第1个50米后虽然位居第四，但凭借后半程的发力，最终以1分47秒54的成绩获得冠军；同时在男子400米自由泳决赛、男子1500米自由泳的决赛中，张琳分别以3分44秒91、15分0秒39的成绩获得冠军。8月，张琳再次在泛太平洋游泳锦标赛以3分46秒91获得男子400米自由泳铜牌。11月，在广州亚运会男子4×200米自由泳接力比赛中，作为首棒出发的张琳帮助中国队获得第一名。此外，张琳还在1500米自由泳比赛中，以15分22秒03的成绩收获一枚铜牌。
2011年7月，上海游泳世锦赛男子4x200米自由泳接力展开争夺，张琳帮助中国队以7分05秒67的成绩击败了德国、澳大利亚和日本等队，位居美国和法国之后获得一枚铜牌。
2012年5月，在全国青年游泳锦标赛男子200米自由泳决赛中，张琳以1分49秒50的成绩获得冠军。
2013年4月，张琳在全国游泳冠军赛暨全运会选拔赛男子200米自由泳预赛折戟，无缘半决赛。全运会后，张琳选择出国游学，运动生涯暂且告一段落。
▪2010 全国游泳冠军赛男子200米自由泳冠军 （获奖）
▪2010 全国游泳冠军赛男子400米自由泳冠军 （获奖）
▪2010 全国游泳冠军赛男子1500米自由泳冠军 （获奖）
▪2010 广州亚运会男子400米自由泳季军 （获奖）
▪2009 罗马世界游泳锦标赛男子400米自由泳季军 （获奖）
▪2009 罗马世锦赛男子800米自由泳冠军 （获奖）
▪2009 第十一届运动会男子200自由泳金牌 （获奖）
▪2009 第十一届运动会男子1500自由泳季军 （获奖）
▪2009 第五届东亚运动会男子200米自由泳季军 （获奖）
▪2008 全国游泳冠军赛暨奥运选拔赛200米冠军 （获奖）
▪2008 全国游泳冠军赛暨奥运选拔赛400米冠军 （获奖）
▪2008 全国游泳冠军赛暨奥运选拔赛1500米自由泳冠军 （获奖）
▪2008 第29届北京奥运会男子400米自由泳亚军 （获奖）
▪2006 上海短池世锦赛男子1500米自由泳季军 （获奖）
▪2006 世界杯短池游泳赛斯德哥尔摩站男子400米自由泳冠军 （获奖）
▪2006 多哈亚运会男子400米自由泳亚军 （获奖）
▪2005 全国游泳冠军赛暨十运会预赛男子400米自由泳冠军 （获奖）
▪2005 第四届东亚运动会男子1500米自由泳冠军 （获奖）
▪2005 第四届东亚运动会男子200米自由泳冠军 （获奖）
▪2005 第四届东亚运动会男子400米自由泳亚军 （获奖）
▪2004 全国游泳冠军赛暨奥运选拔赛200米冠军 （获奖）
▪2004 全国游泳冠军赛暨奥运选拔赛400米冠军 （获奖）
▪2004 全国游泳冠军赛暨奥运选拔赛1500米自由泳冠军 （获奖）
▪2011 上海世锦赛男子4x200米自由泳接力季军 （获奖）
▪2010 广州亚运会男子4×200米自由泳接力冠军 （获奖）
▪2009 第十一届运动会男子4×100自由泳接力冠军 （获奖）
▪2009 第十一届运动会男子4×200自由泳接力亚军 （获奖）
▪2009 第五届东亚运动会男子4×200米自由泳接力亚军 （获奖）
▪2004 全国游泳冠军赛暨奥运选拔赛4X200米自由泳接力冠军 （获奖）
▪2011 “世纪十佳”男运动员 （获奖）
▪2010 广州亚运会王老吉“亚运之星” （获奖）
▪2010 CCTV2009年度体坛风云人物最佳男子运动员 （获奖）
▪2010 2010年度中国海归十大杰出华人青年 （获奖）
张琳不是菲尔普斯，但他就是游泳池中的刘翔，是中国男子游泳的旗帜，他让中国男子游泳在世界泳坛有了一个名符其实的代言人。（中国奥委会官方网站总编辑曹勇评）
张琳在2009年世锦赛取得的男子游泳历史性突破，象征中国体育向深度、广度、高精尖继续发展。（《东方体育日报》执行主编杜旻评）
张琳动作细腻规范、划水效果奇佳，他的比赛就是自由泳选手的教科书。（腾讯体育评）
