Bij de Olympische Zomerspelen 2004 in de Griekse hoofdstad Athene won ze de gouden medaille in het vrouwenenkelspel door in de eindstrijd de Nederlandse Mia Audina te verslaan (met 8-11, 11-6, 11-7). Tijdens de Olympische Zomerspelen 2008 verdedigde ze haar titel met succes door met 21-12, 10-21, 21-18 te winnen van Xie Xingfang.
Zhang Ning werd voor haar Olympische successen al wereldkampioene in 2003, door in de finale haar landgenote Gong Ruina te verslaan (met 11-6 en 11-3). Ze speelde de WK-finale eveneens in 2005 en 2006, maar verloor deze beide van Xie Xingfang (met 8-11, 11-9, 3-11 en een jaar later met 16-21, 14-21).
De Nederlandse documentairemaker Roel van Dalen maakte in 2006 een documentaire over het leven van Zhang Ning, getiteld 'Olympic Journey - The Road to Beijing' .