2006年，张梓琳获得了中国时尚奖=第9届中国十佳职业时装模特的称号，而其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，张梓琳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1月，张梓琳荣获了新丝路年度模特评比优秀模特称号；6月，她还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，张梓琳开始参加第57届世界小姐选美大赛，她先是在中国区的比赛中脱颖而出荣膺总冠军、继而获得了代表中国参加世界总决赛的资格；11月10日，张梓琳在总决赛的首个单项比赛-沙滩小姐比基尼泳装秀项目中获得了季军；而在当日，她还作为亚洲及南太平洋区代表进行了发言；11月24日，张梓琳又在总决赛之“风雅颂”服装秀上获得顶级模特的冠军；12月1日，在经过了一系列的较量和比拼后，张梓琳最终在第57届世界小姐总决赛中艳压群芳，代表中国摘得桂冠，并成为了首位夺得世界级选美比赛冠军的中国佳丽；而此后，她还被北京科技大学“授予了青年五四奖章”。

2008年，张梓琳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，张梓琳还成为了时尚品牌欧莱雅的亚洲形象大使。

2009年，张梓琳担任了招商银行-ELLE联名卡的年度代言人。2010年，张梓琳与黄晓明、古天乐、罗志祥、蔡依林共同代言了百事可乐，并在广告片《酷游记》中化身成为了美艳性感的蜘蛛女王；同年， 她还与环球热力兄弟合作代言了施华洛世奇系列手表。

2011年，张梓琳成为了美宝莲BB霜的代言人；同年3月3日，张梓琳与刘烨、焦恩俊、刘承俊联袂主演的硬派幽默警匪片《硬汉2》全面上映，她在片中则饰演了美丽动人且勇敢坚强的女主角韩小惠，而这也是张梓琳的影视处女作。

2013年、张梓琳客串出演了现代动作喜剧片《不二神探》；同年，她还出演了3D古装魔幻片《大闹天宫》，并在片中饰演了典雅神秘的上古大神女娲。

2014年4月29日，张梓琳与周迅、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，而她在片中则饰演了奔放火暴又伶牙俐齿的好闺密林舒儿；同年，她还与何润东、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》。