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