2004年，16歲的張培萌被選入了北京隊，開始了他的職業(yè)生涯。

2005年，張培萌首次被選入了國家隊。

2007年8月3日，在石家莊全國田徑錦標賽男子100米比賽，20歲的張培萌在決賽中以10秒34的成績獲得他的第一個百米冠軍。8月12日，在第24屆泰國曼谷世界大學(xué)生運動會男子100米上，張培萌以10秒30的成績獲得亞軍。9月20日，在新疆烏魯木齊市新疆體育中心舉行全國冠軍賽中的男子100米決賽中，張培萌10秒40獲得冠軍；另外，張培萌還獲得男子200米冠軍。10月30日，在湖北省武漢市舉行的第6屆全國城市運動會男子100米決賽中，張培萌以10秒44的成績獲得冠軍。

2008年5月24日，張培萌以10秒23的個人最好成績獲得好運北京奧運測試賽男子百米冠軍。8月18日，在北京奧運會男子200米第一輪第8小組比賽中，張培萌最終獲得小組第7，無緣第二輪。

2009年，10月的全運會前夕，張培萌膝蓋開始疼痛，隨后被誤診為骨癌，最終被證明身體沒有問題。10月22日，第11屆全國運動會田徑男子100米決賽中，張培萌以10秒31獲得亞軍。11月11日，在亞洲田徑錦標賽男子100米決賽中，張培萌頂住壓力，在逆風(fēng)0.1秒的情況下以10秒28奪得冠軍。

2017年9月3日，全運會田徑男子100米決賽中獲得第六名，正式退役告別田徑賽場。

北京時間7月22日，2017年國際田聯(lián)鉆石聯(lián)賽摩納哥站比賽，男子4*100米接力，由吳智強、謝震業(yè)、蘇炳添和張培萌組成的中國男子4*100米接力隊，戰(zhàn)勝美國和加拿大等強隊，以38秒19的成績獲得冠軍。

2011年，在合肥進行的全國錦標賽上，24歲的張培萌以10秒21的成績獲得男子100米亞軍。

2012年5月8日，亞洲田徑大獎賽曼谷站，張培萌以10秒48的成績奪得男子100米冠軍。5月11日，北碧站，在男子100米中，張培萌以10秒44再次奪冠。5月14日，在春武里站比賽中，場地風(fēng)速達到逆風(fēng) 3.1米/秒，張培萌還是正常發(fā)揮，以10秒48獲得男子100米冠軍。8月11日，張培萌代表中國隊在倫敦奧運會4x100米預(yù)賽中，張培萌代表中國隊跑最后一棒。

2013年4月27日，在全國田徑大獎賽百米決賽中以10秒04的成績獲得冠軍。5月18日，在國際田聯(lián)鉆石聯(lián)賽上海站200米比賽中以20秒47的成績獲得冠軍并打破全國紀錄。5月21日，獲得2013年國際田聯(lián)挑戰(zhàn)賽北京鳥巢戰(zhàn)100米第5名。8月11日，在2013年莫斯科世界田徑錦標賽男子100米預(yù)賽中以10秒04的成績獲得小組第一，張培萌在晉級半決賽的同時也成為第一位在世錦賽獲得男子百米小組第一的中國選手。11日晚，在100米半決賽中，張培萌跑出10秒00的成績落后法國選手勒梅特千分之一秒，總成績第九位無緣決賽。其中10秒整打破了全國紀錄，也追平了在1998年由日本選手伊東浩司跑出的黃種人最快紀錄。9月8日，在中華人民共和國第十二屆運動會田徑男子100米決賽中，張培萌以10.08的成績獲得冠軍。

2014年9月10日，在男子200米決賽中，張培萌以20秒47的成績奪得冠軍。9月28日，在亞運會男子田徑男子100米決賽中，被寄予希望的張培萌只以10秒18拿到了第四名。10月2日，在仁川亞運田徑男子4 x 100米接力的比賽中，由陳時偉、謝震業(yè)、蘇炳添和張培萌組成的中國隊以37秒99，破亞洲紀錄的成績奪冠，這是中國隊連續(xù)在兩屆亞運會上打破記錄的方式奪得該項目的冠軍。

2015年6月4日，在武漢進行的田徑亞錦賽男子100米比賽中，張培萌以10秒15的成績獲得了項目亞軍，同時突破了10秒16的世錦賽參賽標準，獲得了2015年北京世界田徑錦標賽的參賽資格。

2015年11月，張培萌參加上海馬拉松，出戰(zhàn)5公里項目。

北京時間2016年8月13日，里約奧運會田徑大項，男子百米飛人大戰(zhàn)預(yù)賽打響。張培萌10秒36位居小組第7被淘汰。8月20日，里約奧運會男子4×100米接力，中國隊（湯星強、謝震業(yè)、蘇炳添、張培萌）37秒90獲第4名。

2017年9月3日，第十三屆全運會田徑男子100米決賽，上屆冠軍張培萌10秒34獲得第六。9月7日，在天津奧林匹克中心體育場進行的全運會會田徑比賽，男子方面吳智強/謝震業(yè)/蘇炳添/張培萌組成的京浙鄂粵隊，以38秒16獲得男子4X100米冠軍。

張培萌出身于北京一個運動家庭，父親張成是上世紀七八十年代中國最出色的撐桿跳高運動員，母親也是跳高運動員。

2018年5月31日，張培萌成首批冰雪推廣大使。

張培萌的腿長、步幅更大，后半程占優(yōu)，而且他的技術(shù)改進也很有效果。（國家隊教練、廣東名帥袁國強評）

張培萌，繼胡凱之后傳奇教練李慶的又一位傳奇弟子。集亞錦賽冠軍（2009年亞洲田徑錦標賽），全國紀錄保持者（100M；室內(nèi)200M；4×100M接力）于一身，縱觀他的田徑征程，他終于在26歲跨越了又一個高峰，成為中國百米新飛人。（人民網(wǎng)評）

張培萌——中國的博爾特。隨著2013年莫斯科田徑世錦賽上跑出10秒，創(chuàng)造了亞洲人乃至黃種人在世錦賽百米大戰(zhàn)上的最佳名次，張培萌這個名字才逐漸被大家所熟悉。一系列的紀錄、頭銜加身，也讓張培萌成了中國田徑的一張新名片。而陽光俊朗的外形，也讓他迅速躋身為后劉翔時代，成為中國田徑的新偶像。（央視網(wǎng)評）

張培萌退役了。在全運會的賽場上，他跑完了自己競技生涯的最后一段。接受采訪時，張培萌有些哽咽。在談到對中國短跑的影響時，他說：“我可能是一塊很好的基石吧。”從張培萌的角度來闡釋他的退役，一塊基石又沉到了中國田徑的地基下面。由于項目的特殊性，中國田徑也像是中國體育的一塊基石。同樣是中國頂級運動員，田徑運動員很少像其他優(yōu)勢項目那樣在國際大賽上拿過許多的金牌，創(chuàng)造過許多成就。但這塊石頭很重要。他們?nèi)諒?fù)一日的訓(xùn)練、比賽，讓后來人看到了希望。