1981年起曾先后在国家计委机电司、投资司工作，曾任副司长、国家计委副秘书长。1999年9月至2011年1月任国家发展和改革委员会副主任，2003年兼任国务院振兴东北地区等老工业基地领导小组办公室主任（正部级），2008年3月至2011年1月任国家能源局局长、国家能源委员会委员、能源委办公室副主任，中俄副总理级能源谈判机制副组长兼秘书长、首都规划建设委员会副主任等职。

张国宝曾先后领导发改委高技术司、工业司、交通司、能源局、国防动员办、稽察办、东北振兴办等司局工作。曾担任西气东输领导小组组长、青藏铁路建设领导小组成员、首都机场建设领导小组组长等职。张国宝是电力体制改革、民航体制改革、电讯体制改革方案的主要起草人，领导制定了核电中长期发展规划、新能源发展规划、铁路中长期发展规划、船舶和汽车工业产业政策和发展规划。张国宝任内直接负责中俄、中亚、中缅、中委等多边、双边能源谈判，完成了中俄原油管道、中哈原油管道、中亚天然气管道、中缅油气管道等一系列国际合作，并担任国际能源理事会(WEC)副主席。