张伟丽出生在普通煤矿工人家庭，6岁的时候，张伟丽就被父母送去练武，9岁开始，张伟丽开始接触散打和拳击，12岁的时候，张伟丽进入武校学习散打，曾获得河北青年散打冠军。17岁时，张伟丽因伤病从散打队退役。
2010年的时候，张伟丽进入北京一家柔术馆工作，张伟丽被这里的格斗氛围吸引，并结识了搏击运动员吴昊天以及后来成为她恩师的蔡学军。在蔡学军的引荐下，张伟丽加入了北京拳天下俱乐部，正式开启了她的综合格斗生涯。
2015年的时候，张伟丽在昆仑决赛事上TKO法国选手基恩·弗朗索瓦，取得了职业生涯的重要胜利。
2016年是张伟丽确立国内霸主地位的一年，张伟丽接连TKO乌克兰选手斯瓦特拉娜·高斯特、裸绞降服罗马尼亚选手爱丽丝、高扫腿KO白俄罗斯的丽利亚·卡扎克，并战胜日本选手藤野惠宪。
同年9月，张伟丽在昆仑决北京站首回合裸绞降服巴西选手麦拉-德索萨，夺得了女子MMA草量级金腰带。12月，张伟丽又成功卫冕了这条金腰带。
2017年，张伟丽跨级别作战，TKO巴西选手西蒙娜·杜尔特，斩获了昆仑决女子蝇量级世界金腰带。在转战UFC前，张伟丽在昆仑决创造了辉煌的14战全胜纪录，被誉为该赛事的“东方女王”。
2018年，张伟丽签约世界顶级综合格斗赛事——终极格斗冠军赛（UFC），站上了全球瞩目的舞台。
2019年，张伟丽战胜排名前列的特西娅·托雷斯，强势杀入UFC草量级排名前十。同年，在深圳大运中心体育馆，张伟丽面对当时的草量级冠军、巴西猛将杰西卡·安德拉德，仅用时42秒，便TKO对手。不仅夺得了UFC草量级世界金腰带，更成为了中国乃至亚洲首位UFC世界冠军，创造了历史。
2023年，张伟丽在UFC292中一致判定击败巴西挑战者阿曼达·莱莫斯，成功卫冕。2024年，张伟丽经过五回合激战，一致判定战胜同胞闫晓楠，再次卫冕女子草量级冠军。2025年，张伟丽在UFC312中一致判定战胜塔蒂亚娜·苏亚雷斯，实现了第四次卫冕。至此，张伟丽先后6次捧起UFC草量级金腰带的成绩，已并列史上第一位。
张伟丽多次入选福布斯中国名人榜、中国体育十大人物，并于2024年当选世界综合格斗大奖年度最佳女子选手。
张伟丽有如今的成绩，和她的老师是分不开的，除了名师指导，也有张伟丽认真的学习态度和训练，张伟丽也一直把李小龙当成自己偶像看待，想成为像李小龙那样的人，让世界了解东方女性，了解东方的武术，以及东方的思想和文化内涵。
在一次节目访谈中，张伟丽谈到李小龙的时候说：“李小龙是我的偶像，他让世界认识了中国功夫，我也想成为他那样的传奇，让世界再一次认识中国文化。”
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