出生于北京的張子萱大學時期主修廣告策劃，加入模特圈則是因為在大一的時候她的一位在雜志社做助理編輯的高中同學正好需要一名拍攝封面的平面模特，于是便推薦了面容姣好的張子萱，經過拍攝經驗的積累，張子萱很快便成為了《瑞麗》雜志的專屬模特 ?。

　　2002年，張子萱以平面模特身份出道，之后的九年時間張子萱主要擔任《瑞麗》等時尚雜志的平面模特，與此同時張子萱也擔任了五月天、馬天宇等歌手音樂錄影帶的女主角，以及參與了一些廣告的拍攝。

　　2011年，張子萱出演了個人的首部戲劇作品，她與文章、白百何、王耀慶共同出演了由鮑鯨鯨同名作品改編的愛情電影《失戀33天》 ?，并在片中飾演了貪慕虛榮的拜金女李可，張子萱也憑借在本片中的不俗表現獲得了第31屆大眾電影百花獎最佳新人和第49屆臺灣電影金馬獎新演員兩項提名 ?。

　　2012年，張子萱又與殷桃、趙子琪、祖峰合作出演了時尚都市劇《時尚女編輯》，劇中張子萱飾演了真實不做作的比較女孩伊娜 ?；同年，張子萱還與彭冠英搭檔主演了愛情微電影《真愛指南針》，并在劇中飾演了女主角李夢。

　　2013年，張子萱與文章、馬伊琍、朱佳煜共同出演了都市情感劇《小爸爸》，劇中張子萱飾演了向往純凈如水般愛情的美麗女孩姍姍 ?；隨后；張子萱又與楊冪、余文樂、金范共同出演了青春勵志劇《微時代之戀·初戀篇》，并在劇中飾演了丁小柔；同年，張子萱又與彭冠英、遲佳、張鈞涵合作主演了愛情懸疑網絡劇《我叫郝聰明》，張子萱在劇中飾演了樂觀甜美的女主角郝聰明；此外，張子萱還與倪妮、井柏然、劉雅瑟共同出演了勵志愛情電影《等風來》。

　　2014年，張子萱先是與劉愷威、張儷、吳建飛合作出演了根據現代小說《一念路向北》改編的都市愛情劇《一念向北》，張子萱在劇中飾演了高貴冷傲的伍鶯鶯 ?；之后，張子萱又在與肖順堯、黃一琳、彭冠英聯袂主演的青春愛情劇《將愛之因為愛情》中飾演了女主角陳意心 ?；在與白百何、陸毅、江疏影、趙子琪合作主演的情感勵志劇《長大》中飾演了高冷學神白曉菁 ?；同年，張子萱還與文章、白百何、許凝共同出演了網絡賀歲劇《屌絲日記》 ?；與倪妮、彭于晏、魏晨聯袂主演了根據九夜茴同名網絡小說改編的校園青春片《匆匆那年》 ?；同年6月，張子萱獲得了風尚志雜志主辦的愛是最美的風尚明星盛典明星風尚榜樣獎 ?；同年8月，張子萱又與陳赫、王傳君、姜妍聯袂出演了古裝探案喜劇《醫館笑傳》 ?，并在劇中飾演了活潑可愛卻有些小任性的醫館大小姐陳安安 ?。

　　2015年，張子萱與白百何、吳彥祖等人合作出演了愛情勵志喜劇《滾蛋吧！腫瘤君》；同年，張子萱還客串出演了土豆網自制的都市網絡劇《野獸派花店》 ?。