2004年，16岁的张培萌被选入了北京队，开始了他的职业生涯。
2005年，张培萌首次被选入了国家队。
2007年8月3日，在石家庄全国田径锦标赛男子100米比赛，20岁的张培萌在决赛中以10秒34的成绩获得他的**个百米冠军。8月12日，在第24届泰国曼谷世界大学生运动会男子100米上，张培萌以10秒30的成绩获得亚军。9月20日，在新疆****市新疆体育中心举行全国冠军赛中的男子100米决赛中，张培萌10秒40获得冠军；另外，张培萌还获得男子200米冠军。10月30日，在湖北省武汉市举行的第6届全国城市运动会男子100米决赛中，张培萌以10秒44的成绩获得冠军。
2008年5月24日，张培萌以10秒23的个人最好成绩获得好运北京奥运测试赛男子百米冠军。8月18日，在北京奥运会男子200米**轮第8小组比赛中，张培萌最终获得小组第7，无缘第二轮。
2009年，10月的全运会前夕，张培萌膝盖开始疼痛，随后被误诊为骨癌，最终被证明身体没有问题。10月22日，第11届全国运动会田径男子100米决赛中，张培萌以10秒31获得亚军。11月11日，在亚洲田径锦标赛男子100米决赛中，张培萌顶住压力，在逆风0.1秒的情况下以10秒28夺得冠军。
2017年9月3日，全运会田径男子100米决赛中获得第六名，正式退役告别田径赛场。
北京时间7月22日，2017年国际田联钻石联赛摩纳哥站比赛，男子4*100米接力，由吴智强、谢震业、苏炳添和张培萌组成的中国男子4*100米接力队，战胜美国和加拿大等强队，以38秒19的成绩获得冠军。
2011年，在合肥进行的全国锦标赛上，24岁的张培萌以10秒21的成绩获得男子100米亚军。
2012年5月8日，亚洲田径大奖赛曼谷站，张培萌以10秒48的成绩夺得男子100米冠军。5月11日，北碧站，在男子100米中，张培萌以10秒44再次夺冠。5月14日，在春武里站比赛中，场地风速达到逆风 3.1米/秒，张培萌还是正常发挥，以10秒48获得男子100米冠军。8月11日，张培萌代表中国队在伦敦奥运会4x100米预赛中，张培萌代表中国队跑最后一棒。
2013年4月27日，在全国田径大奖赛百米决赛中以10秒04的成绩获得冠军。5月18日，在国际田联钻石联赛上海站200米比赛中以20秒47的成绩获得冠军并打破全国纪录。5月21日，获得2013年国际田联挑战赛北京鸟巢战100米第5名。8月11日，在2013年莫斯科世界田径锦标赛男子100米预赛中以10秒04的成绩获得小组**，张培萌在晋级半决赛的同时也成为**位在世锦赛获得男子百米小组**的中国选手。11日晚，在100米半决赛中，张培萌跑出10秒00的成绩落后法国选手勒梅特千分之一秒，总成绩第九位无缘决赛。其中10秒整打破了全国纪录，也追平了在1998年由日本选手伊东浩司跑出的黄种人最快纪录。9月8日，在中华人民共和国第十二届运动会田径男子100米决赛中，张培萌以10.08的成绩获得冠军。
2014年9月10日，在男子200米决赛中，张培萌以20秒47的成绩夺得冠军。9月28日，在亚运会男子田径男子100米决赛中，被寄予希望的张培萌只以10秒18拿到了第四名。10月2日，在仁川亚运田径男子4 x 100米接力的比赛中，由陈时伟、谢震业、苏炳添和张培萌组成的中国队以37秒99，破亚洲纪录的成绩夺冠，这是中国队连续在两届亚运会上打破记录的方式夺得该项目的冠军。
2015年6月4日，在武汉进行的田径亚锦赛男子100米比赛中，张培萌以10秒15的成绩获得了项目亚军，同时突破了10秒16的世锦赛参赛标准，获得了2015年北京世界田径锦标赛的参赛资格。
2015年11月，张培萌参加上海马拉松，出战5公里项目。
北京时间2016年8月13日，里约奥运会田径大项，男子百米飞人大战预赛打响。张培萌10秒36位居小组第7被淘汰。8月20日，里约奥运会男子4×100米接力，中国队（汤星强、谢震业、苏炳添、张培萌）37秒90获第4名。
2017年9月3日，第十三届全运会田径男子100米决赛，上届冠军张培萌10秒34获得第六。9月7日，在天津奥林匹克中心体育场进行的全运会会田径比赛，男子方面吴智强/谢震业/苏炳添/张培萌组成的京浙鄂粤队，以38秒16获得男子4X100米冠军。
个人生活张培萌出身于北京一个运动家庭，父亲张成是上世纪七八十年代中国最出色的撑杆跳高运动员，母亲也是跳高运动员。
生涯数据 项目记录2018年5月31日，张培萌成首批冰雪推广大使。
人物评价张培萌的腿长、步幅更大，后半程占优，而且他的技术改进也很有效果。（国家队教练、广东名帅袁国强评）
张培萌，继胡凯之后传奇教练李庆的又一位传奇**。集亚锦赛冠军（2009年亚洲田径锦标赛），全国纪录保持者（100M；室内200M；4×100M接力）于一身，纵观他的田径征程，他终于在26岁跨越了又一个高峰，成为中国百米新飞人。（人民网评）
张培萌――中国的博尔特。随着2013年莫斯科田径世锦赛上跑出10秒，创造了亚洲人乃至黄种人在世锦赛百米大战上的最佳名次，张培萌这个名字才逐渐被大家所熟悉。一系列的纪录、头衔加身，也让张培萌成了中国田径的一张新名片。而阳光俊朗的外形，也让他迅速跻身为后刘翔时代，成为中国田径的新偶像。（央视网评）
张培萌退役了。在全运会的赛场上，他跑完了自己竞技生涯的最后一段。接受采访时，张培萌有些哽咽。在谈到对中国短跑的影响时，他说：“我可能是一块很好的基石吧。”从张培萌的角度来阐释他的退役，一块基石又沉到了中国田径的地基下面。由于项目的特殊性，中国田径也像是中国体育的一块基石。同样是中国顶级运动员，田径运动员很少像其他优势项目那样在国际大赛上拿过许多的金牌，创造过许多成就。但这块石头很重要。他们日复一日的训练、比赛，让后来人看到了希望。