2012年5月3日，张南橘在全国跳水冠军赛暨伦敦奥运选拔赛中，以总分415.90分赢得女子10米台项目的金牌。

张南橘最初接触的是体操项目，后转项至跳水。2010年，她在全国青少年运动会少年丙组女子跳台项目中获得亚军。2011年12月24日，在中国跳水明星系列赛常州站的单人10米台比赛中，张南橘以89.60分的成绩获得亚军。次年，即2012年5月3日，她在同级别的赛事中斩获冠军。

2017国际游泳联合会跳水大奖赛（博尔扎诺站），张南橘代表中国队参加女子十米跳台比赛，最终凭借完美的表现夺魁，第二次加冕世界冠军荣誉。