张棪琰学生时期一直学习画画，高三时观看了北京电影学院96班的开学汇报演出，从而对演戏产生了兴趣，而后在老师的劝说下，她决心报考了电影学院。1997年，张棪琰考入
北京电影学院，与
海清、
黄海波是同班同学。
1998年，参演了缉毒刑侦剧《
风云密支那》，在剧中饰演导游“魏滇溪”，自此开始演艺生涯。2001年，与
黄海冰、
王艳等共同主演的古装武侠剧《
武林外史》播出，在剧中分饰了骄纵任性的“
朱七七”以及她的母亲
李媚娘两个角色，通过调整人物神态展现演技，让观众将两个角色很好的区分开，张棪琰也凭借“朱七七”这一角色被观众熟知。
自“朱七七”后，张棪琰参演了多部影视作品，2002年播出的电视剧《
葛定国同志的夕阳红》以及电影《时传祥》中都可以看到她身影。2003年，参演的电影《
同喜同喜》《
许世友出拳》《
惊涛骇浪》相继上映，并于同年凭借电影《
陌路情恋》的表现获得了第九届
金凤凰奖优秀表演奖。随后正值事业上升期的张棪琰因结婚生子逐渐淡出演艺圈。
2008年，出演的改革开放30周年献礼剧《
深圳湾》播出，在剧中饰演了广州知青于虹，凭借该角色再次回归大众视野。2010年，主演的改革创业剧《
龙头岭》播出，12月3日，与
王志飞等人主演的首部反映政协题材的电视连续剧《
政协主席》开播，饰演一位贪污50万元公款为女儿治病的母亲
蔡可心。2012年，出演的由
唐国强、
刘劲主演的中国重返联合国40周年的献礼影片《
大格局》上映，在片中演绎了中国首任联合国副秘书长
唐明照之女
唐闻生。2015年，张棪琰在《
伪装者》和《
琅琊榜》两部剧中的出色表现接连获得观众认可。在《琅琊榜》中，她饰演的
莅阳长公主虽出身帝王家却一生凄苦，剧中的表现赢得了导演
李雪的肯定，之后力邀她参与另一部作品的拍摄。而在《伪装者》中，她饰演的地下工作者苏太太也让人眼前一亮。
2016年10月24日，参演的爱情悬疑剧《
如果蜗牛有爱情》开播，张棪琰在剧中饰演了幕后大Boss
噜哥这一角色，这是她首次在荧幕上尝试反派角色，对她而言是一次重大的挑战，接演这个角色的原因之一便是为寻求在演技上的突破；为塑造这个正邪两极化鲜明的人物形象，她对该角色进行了一系列细致入微的处理。2017年至2018年期间，张棪琰出演的多部影视作品陆续播出，其中包括《
我的前半生》《
香蜜沉沉烬如霜》《
如懿传》《
知否？知否？应是绿肥红瘦》等。
2020年，张棪琰继续尝试新题材剧集，参演的科幻悬疑剧《
失踪人口》于6月3日播出，在剧中饰演中年卢敏；同年，她参演的多部古装作品《
暮白首》《
琉璃》《
凤唳九天》《
明月曾照江东寒》相继播出。2022年9月21日，以殡葬行业为题材的网剧《
三悦有了新工作》开播，在剧中饰演了三悦母亲，该剧自播出后在B站吸引80余万人追剧，播放量超1.7亿，站内评分9.6。2023年5月15日，与宋祖儿、刘宇宁等演员共同主演的《
折腰》顺利杀青，11月28日，参演的由刘诗诗、刘宇宁主演的古装剧《
一念关山》上线播出，饰演安国长公主一角。2024年4月30日，张棪琰特别主演的悬疑剧《人鱼》开机。
张棪琰出生于演艺世家，她的爷爷是中国内地最早的一批导演，父亲
张国民是演员，并在
北京电影学院任教。
张琰琰因饰演《
武林外史》中敢爱敢恨的
朱七七而为观众所熟知，2013年在医疗题材剧《
到爱的距离》中，其塑造的泼辣与感性并存的白衣天使秦少白再度博得观众的喜爱与认可。在电视剧《
我的前半生》中，张棪琰用扎实的演技诠释了当下社会在外打拼女强人的生活，她通过自己丰厚的表演经验去深刻解读了这一角色，并生动演绎了人物内心的纠结与转变。（
新浪娱乐评）
不管是《
伪装者》里冷静睿智的地下党员，还是《
琅琊榜》感情凄苦的
莅阳长公主，两种不同又高难度的角色张棪琰都完成的非常好，被网友赞演技出色。（网易娱乐 评）