1976年11月13日，张政勇出生于广州，从小跟着父母在北京海军大院长大，后随军在海军南海舰队榆林基地居住，通过自己的艺术天赋顺利考入广州美术学院附中，利用假期期间进入少林寺学习武术，师承少林寺释德忍，少林寺第32代俗家弟子，发号"释行瀚"。

1995年，张政勇在河南嵩山少林寺武术馆暨郑州少林国际武术节上获得了散打大赛75kg级冠军，当时年仅十八岁。1997年进入中央戏剧学院导演系学习，2000年参演首部电视剧《少年包青天》，揭开了他的演绎生涯。

2003年，参演《隋唐英雄传》；次年在黄晓明版本《神雕侠侣》中饰演西域高手“尼摩星”，参演《敌后武工队》的拍摄。

2006年，张政勇参演爱情剧《超级男女》、励志剧《雄关漫道》；次年主演谍战剧《兄弟门》、《狐步谍影》。

2008年，张政勇参演纪念上海解放60周年献礼片《进城》；同年参演电视剧《十三省》。2009年搭档文章主演电视剧《雪豹》，凭借剧中“杨大力”一角，获得第26届中国电视金鹰奖并获优秀电视剧奖。

2010年，参演《小小飞虎队》；次年在传奇连续剧《汉口码头》中饰演“黑皮”一角，把“黑皮”的憨、纯、可爱、重义气等性格特点演绎的十分到位，深受业内人士的好评和观众的赞赏。

2012年，参演《出关》、《雳剑》等剧；2014年张政勇搭档侯京健主演的年代抗战大戏《省港大营救》。