Trong khuôn khổ cuộc thi Hoa hậu Thế giới 2007 được tổ chức tại Tam Đảo, Trung Quốc, cô đã đoạt Á hậu 2 giải Hoa hậu Bãi biển và thắng giải Hoa hậu Người mẫu. Nhờ đó được lọt thẳng vào đêm chung kết. Tối ngày 1 tháng 12 năm 2007, Trương Tử Lâm trở thành Hoa hậu Trung Quốc đầu tiên trong lịch sử đăng quang Hoa hậu Thế giới.

Trương Tử Lâm cũng là Hoa hậu Thế giới đóng góp lớn nhất cho Tổ chức Hoa hậu Thế giới với số tiền quyên góp kỉ lục là 30 triệu USD.

Mặc dù đăng quang trên sân nhà nhưng chiến thắng của cô được nhận định là hoàn toàn xứng đáng. Cùng năm, cô đã về đích thứ 5 trong cuộc đua đến danh hiệu Hoa hậu của các Hoa hậu 2007 (Miss Grand Slam 2007). Sau đó, trọng một cuộc bình chọn của Global Beauties, cô đã lọt top 10 Hoa hậu thế giới đẹp nhất mọi thời đại.

Năm 2012, Vu Văn Hà là Hoa hậu Trung Quốc thứ hai chiến thắng cuộc thi này khi cuộc thi được tổ chức tại Trung Quốc.