2002年，张玉卓出任神华集团有限责任公司副总经理、党组成员，兼中国神华煤制油有限公司董事长（2002-2008年在清华经管读管理科学与工程博士，获经管学院博士学位）。2008年12月，张玉卓接替出任集团董事长、党委书记的张喜武，担任神华集团总经理。2011年5月25日，张玉卓出任神华集团副董事长。2014年5月，在张喜武履新国务院国资委副主任、党委副书记职务两个月后，张玉卓被正式任命为神华集团董事长、党组书记。
据人民网报道，1982年大学毕业后，张玉卓进入煤科院继续深造，1986年考入北京科技大学，师从著名岩石力学专家于学馥教授攻读博士学位。1982年到1992年的10年间，他深入矿山，潜心从事煤矿地表沉陷和控制研究，将模糊子集理论全面引入岩石力学领域，提出了煤矿地层模糊内时本构理论，为国际首创。
在于学馥教授的评价中，张玉卓“思想活跃，敢于超越传统数学、力学理论，大胆引入信息时代新的思维方式，善于把最新的科学应用于实际工程技术领域，他的理论先后在我国兖州、抚顺、开滦、大屯等十一个矿区推广应用，解决了这些矿区量大面广的建筑物、水体和铁路下采煤等众多关键性技术难题，为这些企业带来数亿元的社会效益和经济效益。”
