张学颜，字子愚，号心斋，肥乡人。出生九个月就死了母亲，对继母孝顺得出了名，在墓地结庐守丧时，有白雀前来筑巢。考取了进士，由曲沃知县入京担任工科给事中，调任山西参议，因为总督江东弹劾而被解职，事情弄清楚后，调任永平兵备副使，又调到蓟州。

俺答受封为顺义王，察罕土门汗对部下讲：“俺答是奴才，却分封为王，我反不如他。”他挟持三卫窥视辽东以求封王，但是海西、建真各部族日益强大，都建立了国家并称汗。大将王治道、郎得功战死，辽东人大为恐惧。辽东巡抚李秋被免职，大学士高拱想启用张学颜，有人对他表示怀疑，高拱说：“张生卓越倜傥，人们不了解他，将他置于磨石。上一磨就会显出利器的本色。”侍郎魏学会后到，高拱迎面问他：“谁可以担当辽东巡抚？”魏学会思考了很久，回答：“张学颜可以。”高拱欣喜地说：“真是找到了人。”于是，将他的名字上报，将他升任右佥都御史、辽东巡抚。

辽镇的边界长达二千多里，一百二十所城寨，三面毗邻敌人，有七万二千名官军，每人每月供给一石米，折成银两为二钱五分，马匹在冬春两季供给饲料，每月折合银两一钱八分，即使年成好也不足维持几天。自前任巡抚王之诰、魏学会相继安抚、缉拿，也没有达到全盛时的一半，又经历旱灾，饿死的人遍地都是。

张学颜首先请求赈济抚恤，充实军队，招募流民，制造兵器，购买战马，明确赏罚，罢黜懦弱的几名将领，修筑了平阳堡以便沟通两河，调动游击部队到正安堡护卫镇城，战守全部经过谋划。大将李成梁敢于深入敌阵勇敢厮杀，而张学颜却以收缩保全为策略，敌人来了自己没有损失，敌人退却自己守备如初，公私都得以保全，渐渐恢复了旧日的势力。与李成梁在卓山打败了土蛮，升任右副都御史，土蛮阴谋入侵，听说有防备就终止了行动。

奸民擅自出海，盘踞着三十六座岛屿，阅视侍郎汪道昆提议进行缉拿追捕，张学颜称缉拿、追捕不便利。命令李成梁在海上按兵不动，显示出即将进行诛杀的样子，另外派遣使者进行招安，许诺免除他们的差役，不到半年，招安了四千四百多人，积患得以消除。建州都督王杲因为索要归降的人没有得逞，掳掠了抚顺，守将贾汝翼谴责他，王杲更加不满，邀约各部族为敌，副总兵赵完责备贾汝翼引发了灾祸。张学颜上奏说：“贾汝翼拒绝王杲的赠物，责罚他违抗圣意，实为伸张国威，倘若因此罢免他，是我方进退边将之权由敌方掌握，我认为应该告谕王杲送还俘虏和掠夺的财物，否则就调兵剿灭他，不要姑息养奸。”赵完惊惧，贿赂他黄金和貂皮，张学颜告发了他，诏令逮捕赵完，并依张学颜的策略告谕王杲。各部族听说大军将出击，全部逃窜隐匿山谷，王杲惊惧，邀约海西王台送还俘虏以表诚意，张学颜趁势安抚了他。

辽阳镇以东二百余里以前有个孤山堡，巡抚御史张铎又增设了险山五堡，却与辽镇缺乏声援之势。都御史王之诰奏请设立险山参将，辖治六堡十二城，分别驻守云爱阳，又认为这是一片不毛之地，想移驻宽细，因为时间紧迫而没有实施。

万历初年，李成梁提议将孤山堡移至张其哈细，将险山王堡移至宽细、长细、双墩、长领散等地。都占据肥沃之地，扼守着险要。但是边地人苦于远征之役，口出怨言。才动工，王杲又侵犯边关，杀害游击裴承祖，巡按御史赶紧请求罢除劳役，张学颜不同意，说：“这样是显示虚弱。”当天巡视塞上，安抚了王兀堂诸部，听任他们在当地贸易。最终修筑了宽细，开拓了两百多里地。因此，抚顺以北、清河以南，都遵守约束。第二年冬天，他发兵讨伐王杲，大败王杲，追杀到了红力寨，张居正将张学颜的功绩列在总督杨兆之上，加封为兵部侍郎。

土蛮大量集结诸部兵马侵犯锦州，要求封他为王，张学颜上奏说：“敌人仗势欺侮，与他们通融，是畏惧他们。和平之权在敌方，这种和平必定不可长久。况且无功者与有功者一样受封，叛逆与忠顺一样赏赐，既被诸部轻视，又被俺答讥笑。我们应当义正辞严地拒绝他。”遇上大雨，敌人退却了。当年冬天，他被召回并任命为兵部侍郎，加封右都御史。还没被人代替，土蛮就邀约泰宁的速把亥分路侵犯辽东、沈阳、开原。在辟山打败敌人，斩杀首领阿丑台等五人，然后返回兵部，过了一年，升任户部尚书。

当时，张居正当权，认为张学颜工于心计，很倚重他，张学颜撰写会计录以便查清出纳情况。又奏请列出清丈田亩的条例，核实收两京、山东、陕西的外戚庄田的厘金，清除超量的、脱漏的、诡辞假借的数额，又在全国推行，查获官民屯垦，放牧的湖陂八十多万顷，受赔偿困累的百姓，用赋税抵偿。