2013年，还没开始练MMA的张伟丽在一场女子MMA56公斤级被临时换成60公斤级的赛事上，张伟丽以业余身份临时上场参战，两局后判定负于对手。
2015年12月19日，在昆仑决赛事上，张伟丽TKO法国的基恩·弗朗索瓦，获得胜利。
2016年2月21日，在昆仑决38泰国芭提雅站，张伟丽TKO战胜乌克兰的斯瓦特拉娜·高斯特。5月22日，在昆仑决携手韩国综合格斗赛事TOP FC“笼斗之夜5”女子54公斤比赛中，张伟丽第二回合4分49秒裸绞战胜罗马尼亚的爱丽丝。7月10日，在鸿坤昆仑决47南京站女子54公斤级MMA超级战中，张伟丽在第二回合4分15秒高扫腿KO白俄罗斯的丽利亚.卡扎克，夺得胜利。8月7日，在鸿坤昆仑决49东京站赛事中，张伟丽战胜日本选手藤野惠宪。9月24日昆仑决北京站，张伟丽在第一回合裸绞降服巴西选手麦拉-德索萨，夺得了女子MMA53公斤级的金腰带。12月15日，在鸿坤昆仑决综合格斗7，张伟丽2分5秒TKO卡拉·贝尼特，成功卫冕草量级冠军金腰带。
2017年2月25日，鸿坤昆仑决综合格斗冠军赛9，张伟丽39秒战胜巴西选手赫米莉；5月4日昆仑决MMA11济宁站，张伟丽第一回合战胜巴西选手西蒙娜·杜尔特，问鼎昆仑决女子蝇量级世界冠军。 6月1日，在鸿坤昆仑决综合格斗冠军赛12.昆仑决中量级世界冠军王赛，张伟丽战胜巴西选手艾琳·赛迪奥梅耶尔，再次卫冕成功。7月22日，在TOP FC15期，张伟丽第二回合TKO战胜韩国选手徐艺覃，问鼎桂冠。
2018年5月，UFC与张伟丽签约。8月5日，在洛杉矶UFC227首秀，张伟丽三回合判定战胜美国本土选手丹妮尔-泰勒。11月24日，在格斗之夜141北京站，张伟丽首回合十字固降服战胜对手杰西卡-阿圭拉。
2019年3月3日，在UFC235角逐中，经过3回合判定张伟丽击败排名第7位的特西娅·托雷斯，张伟丽排名进入UFC前十。8月31日，在UFC格斗之夜深圳站，张伟丽向UFC现役女拳王、巴西选手杰西卡-安德拉德发起挑战，张伟丽在开场仅42秒TKO杰西卡-安德拉德，夺得UFC草量级（115磅）世界冠军金腰带，成为中国首个，也是亚洲首位UFC世界冠军。
2020年3月8日，在拉斯维加斯的UFC248比赛，判定张伟丽2-1击败波兰挑战者乔安娜·耶德尔泽西克，张伟丽卫冕成功。
2021年4月25日，在美国佛罗里达州杰克逊维尔举行的2021UFC261大赛·女子草量级冠军战中，第一回合1分18秒左右时，张伟丽被罗斯·娜玛尤纳斯高扫命中头部倒地，随后跟进地面追击，裁判终止了比赛，判定张伟丽被TKO负于对手，卫冕失败。赛后，张伟丽表示一定会回来，希望和对手打二番战。
2021年7月8日，张伟丽宣布加盟明星拳击竞技综艺《拳力以赴的我们》。
北京时间2021年11月7日，在UFC268大战中，张伟丽与罗斯展开二番战较量，此役二番战双方打满五个回合，最终是通过分歧判定，罗斯以48-47、47-48、49-46获胜，卫冕金腰带。而张伟丽二番战失利，对罗斯遭遇两连败。
2022年6月12日，在新加坡举行的UFC275（终极格斗冠军赛女子草量级）中，张伟丽与乔安娜展开二番战对决，在比赛第二回合，张伟丽KO乔安娜，顺利获胜。重获UFC草量级金腰带挑战权。6月，张伟丽KO乔安娜后，正式向现任冠军“饼干姐”卡拉-埃斯帕扎，发起了挑战，然而，在最新的一段采访中，现任冠军“饼干姐”卡拉似乎拒绝张伟丽的邀战。
