1993年（5歲）開始跟隨父親學打球，2000年進入山東魯能乒乓球隊，2002年3月進入國家二隊，朝鮮公開賽團體冠軍。2003年1月進入國家一隊。2004年亞洲青少年錦標賽團體冠軍，後因違反隊規被下調省隊。2005年全國優秀青少年調賽單打冠軍，全運會雙打第7名。2006年重返國家一隊。
2007年參加薩格勒布世乒賽，與姚彥打混雙，第二輪輸給德國的蘇斯/沃西克，成為混雙最早出局的中國組合。
2008年是張繼科嶄露頭角的一年，在奧運會之後開幕的乒超聯賽中，張繼科表現搶眼，他作為山東魯能的頭號主力出場，長時間佔據了勝率榜的前三位。2008 年年底的全國錦標賽上，張繼科更是一鳴驚人，在與王皓等人合作以全勝戰績為解放軍隊獲得男團冠軍之後，張繼科在男單比賽中連勝馬琳、王勵勤和王皓三名奧運冠軍，一舉獲得男單冠軍。
2009年的開局對張繼科來說並不美妙，由於在橫濱世乒賽隊內選拔賽中不服從教練的暫停安排，他失去了參加西亞兩站公開賽的機會，世乒賽也沒有得到單打機會。不過從下半年開始，張繼科開始重新出發，出戰團體世界盃讓他成為世界冠軍，之後還獲得了亞錦賽的男團冠軍等榮譽。不過在單打賽場，他卻被同齡的馬龍和比自己小一些的許昕壓制，亞錦賽與東亞運動會都在男單賽場屈居第二。2009年橫濱世乒賽男雙第三名（與郝帥）、混雙亞軍（與木子）；中國公開賽蘇州站男雙亞軍（與許昕）；世界盃男團冠軍；亞洲錦標賽男單亞軍；東亞運動會男單亞軍。
2010年張繼科的開局不錯，第二次隊內選拔賽就獲得了參加世乒賽的資格，還在亞洲盃上拿到了自己的第一個國際比賽單打冠軍。在莫斯科世乒賽上，張繼科在半決賽和決賽都得到了寶貴的出場機會，為中國隊的奪冠立下不小的功勞；2010年卡塔爾公開賽亞軍；科威特公開賽男雙冠軍（與馬龍）；德國公開賽男雙亞軍（與郝帥）；亞洲盃冠軍。2010年8月22日在蘇州舉行的國際乒聯巡迴賽中國公開賽中，張繼科4：3力克馬琳首奪巡迴賽男單冠軍。2010年九月國際乒聯最新排名張繼科就上升2位排名第三，探花位置創下其職業生涯新高。2010年德國世界盃單打亞軍。
2011年第51屆荷蘭鹿特丹世乒賽男子雙打四強（與王皓）。2011年第51屆鹿特丹世乒賽男單冠軍，並且將自己的球衣撕成兩半。2011年6月7日順利入圍中國乒乓球隊公佈的2012年倫敦奧運會單打名單。2011年巴黎世界盃單打冠軍（此前只有1991年的佩爾森和95年的孔令輝曾經在同一年包攬世乒賽和世界盃冠軍，張繼科成為第三個實現這一壯舉的人）。2011年英國倫敦國際乒聯總決賽男單亞軍，同時和馬琳獲得了男雙冠軍。2011年北京時間12月1日消息，12月的國際乒聯排名在當月的第一天就更新了，男單方面最顯著地變化就是張繼科繼續上升，他超越了王皓，來到了職業生涯最高的第二位。
2012年，眾人在提到張繼科時，總是用“藏獒”與“血性”兩詞去形容他，但如今的張繼科除了擁有令對手懼怕的衝勁之外，他也在逐漸提升自己的穩定性。2012年倫敦奧運會乒乓球男單決賽張繼科以4比1戰勝王皓奪冠，取得了金牌，也實現了世錦賽、世界盃、奧運會三項冠軍的大滿貫。張繼科此番封王，創造收穫大滿貫的個人最快紀錄（445天），成為中國男乒歷史上繼劉國樑和孔令輝之後第三位大滿貫選手。獲勝後的張繼科激動地跑到場外，並親吻冠軍領獎臺。
很多運動員在成名之後選擇在演藝圈發展，但張繼科卻認為就算有一天退役，也不會選擇進演藝圈。“到了後來就麻木了，覺得挺不真實的。運動員的價值永遠在賽場上。當明星再牛，也不可能讓五星紅旗升起，沒有這種榮譽。”張繼科這樣說道。
2013年，北京時間2013年1月27日，奧地利公開賽，頭號種子倫敦奧運新科冠軍張繼科慘遭爆冷，3-4不敵日本選手高木和卓，北京時間2013年2月20日，科威特公開賽，張繼科4—2戰勝隊友馬龍，奪得新賽季首冠，並與馬龍的男雙組合負於許昕閆安，獲得男雙亞軍，北京時間2013年2月25日，卡塔爾公開賽，張繼科因傷退賽，與馬龍獲得男雙亞軍。
2013年5月20日，北京時間22點30分，巴黎世乒賽男單決賽結束，張繼科4：2戰勝王皓，奪得冠軍，衛冕成功。
2015年7月，張繼科表示，自己被診斷為雙側腰骶骨裂：“開始是左邊腰骶骨裂，現在是雙側的骨裂。訓練量大了很容易錯位。康復師也說訓練量大了要注意恢復，儘量不要讓自己坐的時間太長。現在已經有所好轉了，已經恢復了八成左右，只是訓練強度不能上量。”
2016年8月10日，里約奧運會乒乓球男單1/4決賽第二場，張繼科在先輸一局的情況下連贏4局，以4-1淘汰日本選手丹羽孝希，晉級半決賽。8月11日，半決賽中張繼科4-1取勝薩姆索諾夫。8月12日，里約奧運會乒乓球男單決賽中，張繼科0-4負於馬龍，獲得亞軍。
2016年12月15日，榮獲2016中國十佳勞倫斯冠軍獎最受歡迎男運動員獎。
2017年01月5日，張繼科榮獲《2016中國運動員影響指數排行榜》第一名
2018年8月6日，亞歐男子乒乓球全明星對抗賽在江蘇南通落下帷幕，張繼科豪取2連勝，並率領亞洲隊以總比分7-3擊敗歐洲隊，同時還得到了本屆賽事的MVP。
小事兒不計較，大事兒不糊塗，比賽有章法，處亂總不驚。藏獒是一種精神，張繼科也是一種精神。在接下來的日子裡，就像張繼科自己在微博中說的，希望他能“邁出雙腳更加努力地創造每一個奇蹟”！
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