张梓琳，出生于山东省威海市的一个军人家庭，在河北省石家庄市长大，后移居北京市海淀区。最初以体育特长出身，小六时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。1998年获北京市第十届运动会女子100米栏丙组冠军。毕业于北京科技大学经济管理学院工商管理专业，职业为模特。2007年，参加57届世界小姐选美大赛，斩获冠军，成为中国首位世界小姐冠军。
随后2008年张梓琳多次参与北京奥运会活动宣传，出任三亚形象大使，欧莱雅亚洲形象大使，并在三亚传递奥运圣火，同时与众多明星共同录制奥运主题曲《北京欢迎你》。2009年成为招商银行-ELLE联名卡年度代言人。2011年在刘烨、焦恩俊主演的《硬汉2》担任女一号。2013与李连杰、刘诗诗、陈妍希合作《不二神探》，2014年与周迅、佟大为、钟汉良合作《我的早更女友》。2016年4月20日，为结婚3年的丈夫聂磊产下重六斤八两的小公主。
在小公主三岁时站在拥有模特儿身高的张梓琳旁边，已经差不多长高到她的腰部位置，令网民大呼基因的重要性：「妈妈182cm、爸爸192cm能不高吗？」、「妹子的身高赢在了起跑线」、「我以为都有五、六岁了」、「以后要奔向两米了」，纷纷表达对「世界小姐」女儿的成长大表期待。