1997年，张泉灵参加了中央电视台对社会的公开招聘并考入中央电视台国际部，并任文化资讯节目《中国报道》的记者、编导、主持人；同年，张泉灵进入中央电视台海外中心专题部，担任主持人、编导 。
2000年，张泉灵担任中央电视台新闻资讯节目《东方时空》总主持人。 2001年底，进入《东方时空》“时空连线”，通过采访真正地接触到了中国社会基层，打开了作为一个新闻人的视野，让她看到了新闻本身的魅力 。2002年3月27日，张泉灵深入阿富汗北部地震灾区作电视采访，成为第一个进入险境进行电视报道的女主持人 。
2003年，她开始担任中央电视台新闻频道访谈节目《新闻会客厅》的主持人；同年非典期间，每天都要做两到三个小时的直播，克服了无稿就紧张的障碍，这次经历对她的职业能力也有很大提高，那是她职业上一次飞跃 。2004年，她还主持了国庆55周年特别节目《精彩中国》 。
2006年，开始担任直播栏目《人物新周刊》主播，经过这次演播室的锻炼，成功变成能掌控演播室流程的人 。
2007年，庆祝香港回归十周年，张泉灵主持《朝闻天下》环节之《香港早晨》 。
2008年2月，担任中央电视台新闻频道除夕特别节目《一年又一年》的主持人 ；5月8日，参加奥运圣火登顶珠峰采访 ；此外，张泉灵还担任了“5·12” 汶川特大地震报道的主播，还因此荣获全国抗震救灾英模、全国抗震救灾宣传先进个人等荣誉，并以家庭的名义捐出1万元 。
2009年，张泉灵主持系列节目《牛年怎么牛》 ；同年，张泉灵主持中央电视台特别报道《泉灵逛城》，节目以游历航天城的形式来全方位介绍航天城的设施，体验航天员的生活 ；此外，她还参加了庆祝新中国成立60周年庆典现场报道，并担任演播室主持人、 部长访谈录主持人，还从事对国庆游行准备工作的采访 11月，获得中国”金话筒奖”电视播音员主持人奖 。
2010年，张泉灵担任新闻频道特别节目《泉灵看两会》的评论员 ，其间采访了很多政府官员和名人；同年，张泉灵获得第十一届长江韬奋奖 。2011年，张泉灵主持中央电视台新闻频道特别节目《行走唐人街之拉美篇》 ；同年，参加第二届瓷娃娃全国病人大会。
2012年，她主持了神舟九号特别报道；同年，还担任了中央电视台综合频道青年电视公开课节目《开讲啦》的主持人 ；7月，受邀加盟“寻找七仙女”选拔大赛，担任大赛顾问及评委 。
2013年2月9日，参加中央电视台春节联欢晚会，与47位主持人共同表演开场联唱《欢歌贺新春》 ；4月3日，担任中央电视台新闻频道特别节目《探潮亚马孙》的外景记者 。2014年9月，与王小丫、何炅、撒贝宁共同主持的电视公益节目《开学第一课》在中央电视台综合频道播出 ；11月，担任第二届乌镇戏剧节闭幕式主持人 。
张泉灵与丈夫李铁
2015年7月上旬，张泉灵确认从央视离职；7月13日，傅盛战队官方微博对外公开宣布，张泉灵以顾问形式加盟傅盛战队，她还加盟傅盛旗下紫牛基金合伙人 ；9月9日早上8点，张泉灵发长文宣布已从央视离职，进入创投界 ；9月，张泉灵担任紫牛基金创始合伙人 。
2017年2月，担任爱奇艺脱口秀节目《奇葩说第四季》导师 。2018年1月14日，参加的喜剧脱口秀节目《吐槽大会第二季》在腾讯视频播出 。2019年1月，张泉灵正式加入少年得到，担任少年得到董事长 。
2020年5月，《中国企业家》杂志社发布年度“中国最具影响力的30位商界女性”榜单，张泉灵入选“商界木兰” ；10月29日，参加的文化综艺节目《对白第四季》在优酷视频开播 。
2021年11月，入选财富“2021年中国最具影响力的商界女性未来榜”。
