张晓楠出生于辽宁营口一个体育之家，母亲是
中长跑运动员，父亲在体校训练过。最小的时候学过游泳，之后到体校练了两三年田径，就在觉得太枯燥不想练的时候，正好一个机会，就改练拳击了，后来被现代五项队挑中。
2013年2月20日至24日在美国加州的棕榈泉举行现代五项世界杯美国站上，张晓楠勇夺亚军摘得银牌。在女子个人比赛中，张晓楠先声夺人，在全部的35次交锋中以30胜1120分获得击剑单项第一名，大幅提高了现代五项击剑单项世界纪录，震惊了国际现代五项界。
2016年5月30日，2016年现代五项世锦赛在莫斯科落幕，中国队收获两枚银牌。张晓楠/韩佳昊以1488分收获混合接力的亚军，由
陈倩、
梁婉霞、张晓楠组成的中国队以4075分获得女子团体亚军。
2016年5月，女子个人预赛中，张晓楠1058分位居C组第5也顺利跻身决赛。20人参加的决赛，张晓楠1351分排名第10。8月20日，2016年里约奥运会女子现代五项比赛落幕，中国选手陈倩以总分1343分名列第四，张晓楠总分1285分位居第18名。
2016年现代五项世锦赛俄罗斯站，张晓楠与韩佳昊获得混合接力的
亚军