，事继母至孝。嘉靖三十二年（1553年）进士。授官曲沃知县，入京为工科给事中，历官山西参议、永平兵备副使。隆庆五年（1571年），辽东巡抚李秋被免职，高拱大胆启用张学颜担任左佥都御史，巡抚辽东，万历三年辽东大捷，学颜还未奏报，巡按御史刘台先捷奏北京。万历七年（1579年）任户部尚书。万历八年（1580年），揭发刘台受贿。张学颜深得权相张居正赏识，居正“至万历十年间，最称富庶，学颜有力焉”。万历二十六年（1598年），在家中逝世，赠少保。《明史》有传。
着作.曾与王国光撰有《万历