2000年，張繼科進入山東魯能乒乓球隊。2002年3月，張繼科進入國家二隊；10月，獲得首屆世界少年挑戰賽男子單打冠軍 。2003年1月，進入國家壹隊；9月，獲得世界青少年巡回賽新西蘭公開賽決賽冠軍。2004年10月，張繼科因違反隊規被罰出國家隊。2006年11月，張繼科回到國家隊 。2008年，張繼科因在全國錦標賽中以全勝戰績為解放軍隊獲得男團冠軍而嶄露頭角。2009年，他在世界杯團體賽上獲得首個世界冠軍 。2011年，他在鹿特丹世乒賽男子單打決賽中贏得職業生涯首個世乒賽男單冠軍。2012年，張繼科獲得世界乒乓球團體錦標賽冠軍；8月，他又在倫敦奧運會中獲得男子單打冠軍，實現了世錦賽、世界杯、奧運會三項個人冠軍的大滿貫 。2013年，獲得巴黎世乒賽男單冠軍 。2014年，在仁川亞運會中與馬龍奪得男子雙打冠軍 。2014年，張繼科在德國乒乓球世界杯中奪得第2個世界杯男單冠軍 。2016年8月，張繼科因在裏約熱內盧奧運會中獲得乒乓球男子單打亞軍和乒乓球男子團體冠軍後，而被體育界之外的大多數觀眾熟知 。
2016年12月，張繼科發行個人首部音樂作品《心藏》 。2017年2月，張繼科首度登上央視元宵晚會並演唱歌曲《同桌的妳》