張學顏，字子愚，號心齋，肥鄉人。出生九個月就死了母親，對繼母孝順得出了名，在墓地結廬守喪時，有白雀前來築巢。考取了進士，由曲沃知縣入京擔任工科給事中，調任山西參議，因為總督江東彈劾而被解職，事情弄清楚後，調任永平兵備副使，又調到薊州。
俺答受封為順義王，察罕土門汗對部下講：「俺答是奴才，卻分封為王，我反不如他。」他挾持三衛窺視遼東以求封王，但是海西、建真各部族日益強大，都建立了國家並稱汗。大將王治道、郎得功戰死，遼東人大為恐懼。遼東巡撫李秋被免職，大學士高拱想啟用張學顏，有人對他表示懷疑，高拱說：「張生卓越倜儻，人們不了解他，將他置於磨石。上一磨就會顯出利器的本色。」侍郎魏學會後到，高拱迎面問他：「誰可以擔當遼東巡撫？」魏學會思考了很久，回答：「張學顏可以。」高拱欣喜地說：「真是找到了人。」於是，將他的名字上報，將他升任右僉都御史、遼東巡撫。
遼鎮的邊界長達二千多里，一百二十所城寨，三面毗鄰敵人，有七萬二千名官軍，每人每月供給一石米，折成銀兩為二錢五分，馬匹在冬春兩季供給飼料，每月折合銀兩一錢八分，即使年成好也不足維持幾天。自前任巡撫王之誥、魏學會相繼安撫、緝拿，也沒有達到全盛時的一半，又經歷旱災，餓死的人遍地都是。
張學顏首先請求賑濟撫恤，充實軍隊，招募流民，製造兵器，購買戰馬，明確賞罰，罷黜懦弱的幾名將領，修築了平陽堡以便溝通兩河，調動游擊部隊到正安堡護衛鎮城，戰守全部經過謀劃。大將李成梁敢於深入敵陣勇敢廝殺，而張學顏卻以收縮保全為策略，敵人來了自己沒有損失，敵人退卻自己守備如初，公私都得以保全，漸漸恢復了舊日的勢力。與李成梁在卓山打敗了土蠻，升任右副都御史，土蠻陰謀入侵，聽說有防備就終止了行動。
奸民擅自出海，盤踞着三十六座島嶼，閱視侍郎汪道昆提議進行緝拿追捕，張學顏稱緝拿、追捕不便利。命令李成梁在海上按兵不動，顯示出即將進行誅殺的樣子，另外派遣使者進行招安，許諾免除他們的差役，不到半年，招安了四千四百多人，積患得以消除。建州都督王杲因為索要歸降的人沒有得逞，擄掠了撫順，守將賈汝翼譴責他，王杲更加不滿，邀約各部族為敵，副總兵趙完責備賈汝翼引發了災禍。張學顏上奏說：「賈汝翼拒絕王杲的贈物，責罰他違抗聖意，實為伸張國威，倘若因此罷免他，是我方進退邊將之權由敵方掌握，我認為應該告諭王杲送還俘虜和掠奪的財物，否則就調兵剿滅他，不要姑息養奸。」趙完驚懼，賄賂他黃金和貂皮，張學顏告發了他，詔令逮捕趙完，並依張學顏的策略告諭王杲。各部族聽說大軍將出擊，全部逃竄隱匿山谷，王杲驚懼，邀約海西王台送還俘虜以表誠意，張學顏趁勢安撫了他。
遼陽鎮以東二百餘里以前有個孤山堡，巡撫御史張鐸又增設了險山五堡，卻與遼鎮缺乏聲援之勢。都御史王之誥奏請設立險山參將，轄治六堡十二城，分別駐守雲愛陽，又認為這是一片不毛之地，想移駐寬細，因為時間緊迫而沒有實施。
萬曆初年，李成梁提議將孤山堡移至張其哈細，將險山王堡移至寬細、長細、雙墩、長領散等地。都佔據肥沃之地，扼守着險要。但是邊地人苦於遠征之役，口出怨言。才動工，王杲又侵犯邊關，殺害游擊裴承祖，巡按御史趕緊請求罷除勞役，張學顏不同意，說：「這樣是顯示虛弱。」當天巡視塞上，安撫了王兀堂諸部，聽任他們在當地貿易。最終修築了寬細，開拓了兩百多里地。因此，撫順以北、清河以南，都遵守約束。第二年冬天，他發兵討伐王杲，大敗王杲，追殺到了紅力寨，張居正將張學顏的功績列在總督楊兆之上，加封為兵部侍郎。
土蠻大量集結諸部兵馬侵犯錦州，要求封他為王，張學顏上奏說：「敵人仗勢欺侮，與他們通融，是畏懼他們。和平之權在敵方，這種和平必定不可長久。況且無功者與有功者一樣受封，叛逆與忠順一樣賞賜，既被諸部輕視，又被俺答譏笑。我們應當義正辭嚴地拒絕他。」遇上大雨，敵人退卻了。當年冬天，他被召回並任命為兵部侍郎，加封右都御史。還沒被人代替，土蠻就邀約泰寧的速把亥分路侵犯
