2011年，在内蒙古自治区包头市举行第十一届全国中学生运动会上，张雨霏一人独得游泳项目3金、1银。
2012年11月2日-3日在短池游泳世界杯系列赛北京站的比赛中，张雨霏在女子400米自由泳决赛中以4分06秒48获得银牌，女子100米蝶泳决赛以58秒05获得铜牌、女子50米自由泳决赛以25秒14获得第六名。
2014年8月18日，在2014年南京青年奥林匹克运动会上，中国队贺赟、邱钰涵、沈铎、张雨霏在女子4x100米混合泳接力决赛以4分03秒58获得金牌，女子200米蝶泳决赛以2分06秒59获得银牌。8月21日，中国队邱钰涵、沈铎、贺赟、张雨霏在女子4×100米自由泳接力决赛以3分41秒19获得金牌。8月22日，中国队余贺新、贺赟、李朱濠、张雨霏在男女混合4×100米混合泳接力以3分49秒33获得金牌，女子100米蝶泳以57秒95获得银牌。9月21日，在2014年仁川亚运会女子4×100米自由泳接力决赛中，中国队叶诗文、沈铎、张雨霏、唐奕以3分37秒25获得金牌。10月16日，在安徽黄山的全国游泳锦标赛中，女子200米自由泳决赛，张雨霏获得金牌；17日，女子400米自由泳决赛，以4分07秒11获得金牌。10月25日，国际泳联短池世界杯北京站，张雨霏在女子400米自由泳决赛中以4分01秒36获得铜牌。12月6日，卡塔尔多哈2014年短池游泳世锦赛，女子400米自由泳决赛，张雨霏以3分59秒51获得铜牌。
2015年8月7日，俄罗斯喀山市的第16届游泳世锦赛女子200米蝶泳决赛，张雨霏以2分06秒51获得铜牌，并创造世界青年纪录。
2016年7月18日，2016年里约热内卢奥运会中国奥运代表团成立，张雨霏名列出征游泳队名单。8月11日，里约热内卢奥运会，女子200米蝶泳决赛，张雨霏以2分07秒40排名第六。11月17日，亚洲游泳锦标赛，女子200米蝶泳决赛，张雨霏以2分08秒50获得银牌。11月20日，女子4×100米混合泳接力决赛，中国队傅园慧、史婧琳、张雨霏、朱梦惠以3分58秒58获得银牌。
2017年7月27日，布达佩斯游泳世锦赛，男女混合4×100米混合泳接力决赛，中国队徐嘉余、闫子贝、张雨霏、朱梦惠以3分41秒25获得铜牌。7月31日，女子4×100米混合泳接力决赛，中国队傅园慧、史婧琳、张雨霏、朱梦惠以3分57秒69获得第六名。8月31日，天津十三届全运会游泳比赛，女子4×100米自由泳决赛，张雨霏以3分36秒67获得金牌。9月2日，女子100米蝶泳决赛，张雨霏以57秒44获得银牌。9月4日，女子200米蝶泳决赛，张雨霏以2分06秒17获得金牌。9月30日，国际泳联短池世界杯香港站，女子100米蝶泳决赛，张雨霏以57秒26获得银牌；男女4×50米混合泳接力，以1分42秒17获得银牌。10月1日，女子200米蝶泳决赛，张雨霏以2分08秒64的成绩夺得金牌；男女混合50米自由泳接力，以1分33秒41夺得铜牌。10月5日，国际泳联短池世界杯多哈站，女子100米蝶泳女决赛，张雨霏以57秒31获得银牌；男女4×50米混合泳接力决赛，中国队张麒斌、李响、张雨霏、艾衍含以1分42秒77获得银牌。10月6日，女子200米蝶泳决赛，张雨霏以2分07秒43获得金牌，男女混合4×50米自由泳接力决赛，中国队张麒斌、孙佳俊、张雨霏、沈铎以1分34秒44获得铜牌。11月15日，2017年国际泳联短池世界杯东京站，女子100米蝶泳决赛，张雨霏以56秒89获得铜牌。11月18日，2017年国际泳联短池世界杯新加坡站，女子200米蝶泳决赛，张雨霏以2分04秒22夺得金牌。11月19日，女子50米蝶泳决赛，以25秒91获得第七名。
2018年01月12日，美国职业游泳系列赛奥斯汀站，女子100米蝶泳决赛，张雨霏以58秒39获得银牌。1月14日，女子50米蝶泳决赛，以26秒23获得金牌；女子200米蝶泳决赛，以2分10秒22获得银牌；4月15日，在山西太原进行的全国游泳冠军赛，女子100米蝶泳决赛，张雨霏以58秒78获得金牌。4月16日，女子200米蝶泳决赛，以2分11秒71获得银牌。7月12日-15日，洛杉矶游泳邀请赛在南加州大学的水上运动中心进行，张雨霏以2分08秒97获得女子200米蝶泳冠军。8月6日，张雨霏入选第十八届亚运会中国体育代表团名单。8月21日，雅加达亚运会，女子100米蝶泳决赛，张雨霏以57秒40获得银牌。8月22日，女子200米蝶泳的决赛中，张雨霏以2分06秒61获得金牌；男女混合4×100米混合泳接力决赛，中国队徐嘉余、闫子贝、张雨霏、朱梦惠以3分40秒45获得金牌，并且打破赛会纪录。10月14日，山东日照全国游泳锦标赛，女子50米蝶泳决赛，张雨霏以26秒70获得金牌。10月15日，女子100米蝶泳决赛，张雨霏以58秒89获得金牌。
2019年3月25日，全国游泳冠军赛暨世锦赛选拔赛，女子100米蝶泳决赛，张雨霏以57秒69夺得金牌。3月27日，张雨霏参加男女4×100米混合泳接力决赛，江苏队以3分49秒99获得金牌。3月28日，女子200米蝶泳决赛，以2分08秒24获得银牌。3月29日，女子50米蝶泳决赛，以26秒30获得银牌。张雨霏50米蝶泳、100米蝶泳和200米蝶泳三个项目达到国际泳联制定的A标。4月27日，国际泳联冠军游泳系列赛广州站，女子200米蝶泳决赛，张雨霏以2分07秒36获得金牌。7月8日，中国游泳队公布2019年游泳世锦赛参赛名单，张雨霏入选。8月16日，2019年游泳世界杯新加坡站，女子50米蝶泳决赛，张雨霏以26秒03获得第四名。男女混合4×100米自由泳接力，由曹犄文、王一哲、索冉和张雨霏出战的中国队，以3分32秒64获得铜牌。10月19日，军运会女子4×100米混合泳接力决赛，中国队派出陈洁、于静瑶、张雨霏和杨浚瑄，以4分00秒16的新赛会纪录，获得冠军。10月20日，女子100米蝶泳决赛，张雨霏以58秒59夺得冠军。10月23日，杨浚瑄、张雨涵、张雨霏、王简嘉禾搭档参加了女子4×200米自由泳接力，最终以7分57秒06成绩获得冠军。
2020年7月31日，国家游泳队夏季测验赛，张雨霏夺冠。9月27日，在青岛举行的2020全国游泳冠军赛暨东京奥运会达标赛女子100米自由泳预赛中，张雨霏以52秒90的成绩获得第一名，并打破该项目全国纪录。9月29日晚，2020全国游泳冠军赛暨东京奥运会达标赛的女子100米蝶泳预赛中，张雨霏以55秒62的成绩打破全国纪录和亚洲纪录。9月30日，2020全国游泳冠军赛女子100米蝶泳决赛，张雨霏以56秒29的成绩获得冠军。10月1日，由徐嘉余、闫子贝、张雨霏、杨浚瑄组成的苏鄂浙鲁联队，以3分38秒41的成绩打破美国队3分38秒56保持的世界纪录。
2021年3月5日，在广东省肇庆市举行的全国游泳争霸赛（肇庆站）女子200米蝶泳决赛中，江苏四方队选手张雨霏以2分06秒25的成绩夺得冠军。5月3日，在2021年全国游泳冠军赛暨东京奥运会选拔赛中，表现抢眼的江苏名将张雨霏出战女子200米蝶泳预赛，2分06秒11的成绩足以获得2019年世锦赛冠军，同时也是2021年世界第一好成绩。5月5日，张雨霏获全国游泳冠军赛女子200米蝶泳冠军。5月8日，获全国游泳冠军赛女子50米自由泳冠军。7月6日，张雨霏入选2020年东京奥运会中国体育代表团游泳项目运动员名单。7月26日，在东京奥运会女子100米蝶泳决赛中，张雨霏夺得女子100米蝶泳银牌，这也是中国游泳队在该届奥运会上夺得的第一枚奖牌。7月28日，成功晋级东京奥运会·女子200米蝶泳决赛。7月29日，东京奥运会游泳女子200米蝶泳决赛中，中国选手张雨霏以2分03秒86的成绩夺得金牌，并创造了新的奥运会纪录。同日的女子4×200米自由泳接力决赛，张雨霏与杨浚瑄、汤慕涵、李冰洁以7分40秒33打破世界纪录夺得金牌。7月31日，由徐嘉余、闫子贝、张雨霏和杨浚瑄组成的中国队夺得了东京奥运会4×100米混合泳接力银牌。8月11日，全国妇联授予张雨霏全国三八红旗手称号。9月15日，张雨霏成为第十四届全运会开幕式第二棒火炬手，将圣火传递给秦凯。9月19日，在第十四届全运会游泳女子4×100米自由泳接力决赛中，所在的江苏队获得第五名。9月20日，获得第十四届全国运动会女子100米蝶泳金牌。9月23日，在全运会200米蝶泳决赛中，张雨霏以2分05秒84的成绩实现该项目两连冠。9月25日，在全运会男女4×100米混合泳接力决赛中，张雨霏所在的联合队以3分43秒33的成绩获得冠军。9月26日，在第十四届全运会游泳女子50米自由泳决赛中，江苏队张雨霏获得银牌。12月17日晚，2021世界短池游泳锦标赛女子200米蝶泳决赛的较量中张雨霏夺冠。12月18日，张雨霏在2021年短池游泳世锦赛50米蝶泳半决赛中排名第3进入决赛。12月21日，在阿联酋阿布扎比举行的2021世界短池游泳锦标赛最后一场女子4x100米混合泳接力赛决赛中，由彭旭玮、唐钱婷、张雨霏、程玉洁组成的中国队以3分47秒41的成绩摘得铜牌，打破亚洲纪录。
2022年4月28日，在上海游泳队举行的春季大奖赛上，东京奥运会游泳比赛中获得2金2银的名将张雨霏，在100米蝶泳项目上完成了个人新赛季的首场比赛。她在预赛和决赛中先后游出的56秒56、56秒49，可以排在今年该项目世界最好成绩榜的前两位。
2022年6月10日，入选参加在匈牙利布达佩斯举行的第十九届世界游泳锦标赛名单。6月18日，在第19届国际泳联游泳世锦赛女子100米蝶泳预赛中，张雨霏以57秒37获得小组第一，以预赛总成绩第三晋级半决赛。同日，在女子4x100米自由泳接力决赛中，张雨霏、朱梦惠、杨浚瑄和程玉洁以3分35秒25获得第四名；同日，在女子100米蝶泳半决赛中，张雨霏排名第6晋级决赛。6月19日，在游泳世锦赛女子100米蝶泳决赛中，张雨霏游出56秒41获得季军。 6月21日，在女子200米蝶泳预赛中，张雨霏2分09秒21排名第6晋级半决赛。6月22日，在男女混合4×100米混合泳接力决赛中，由徐嘉余、闫子贝、张雨霏和程玉洁组成的中国队游出3分43秒55，获得第六名。同日，在女子200米蝶泳半决赛中，中国选手张雨霏晋级决赛。6月23日，在女子200米蝶泳决赛中，张雨霏以2分06秒32的成绩获得铜牌。同日，在女子50米蝶泳预赛中，张雨霏以25秒39排名总成绩第一，顺利进入半决赛。6月24日，在女子50米蝶泳半决赛中，张雨霏以25秒54排名第五晋级决赛。在女子50米自由泳预赛中，张雨霏游出24秒81位列小组第三、总成绩第五，晋级半决赛。在布达佩斯世界游泳锦标赛女子50米蝶泳决赛中，张雨霏以25秒32的成绩获得铜牌。6月25日，在女子4×100米混合泳接力预赛中，由彭旭玮、于静瑶、张雨霏和杨浚瑄组成的中国队以3分59秒55完赛，排名预赛第六顺利晋级决赛。
北京时间2022年6月26日凌晨，2022年布达佩斯游泳世锦赛游泳项目结束了最后七个小项的决赛争夺， 在女子4x100米混合泳接力，中国队 3分57秒73获得第六名，张雨霏代表中国队
