中國神經生理學傢。1907年11月27日生於河北省正定縣。1933年畢業於北京大學心理學系，後任該系助教，1934年任中央研究院心理研究所助理員。1942年赴美國耶魯大學留學，1946年獲哲學博士學位。後任耶魯大學醫學院研究員員和洛克菲勒研究所副研究員。1956年回國後，任中國科學院生理研究所研究員。1957年起任中國科學院生物學部委員。1980年創建中國科學院上海腦研究所，任所長，1984年改任名譽所長。
他自1935年來，在國內外雜志上共發表論文一百餘篇，其中重要的有：《刺蝟的一種聽覺反射》(1935)、《猴運動皮層內肌肉的局部代表性》(1947)、《直接電刺激大腦皮層產生的皮層神經原樹突電位》（1951）、《大腦皮層神經原的頂樹突》(1952)、《皮層誘發電位的相互影響》(1953)、《光刺激引起的蟾蜍小腦前庭神經原的電活動》（1959）、《針刺鎮痛的神經生理學解釋》(1980)等。他在1947～1949年間發表的關於大腦皮層運動區的肌肉局部代表性的工作和用逆行刺激錐體束的方法研究錐體束起源的工作，至今仍被引用。1950年發表的《皮層-丘腦之間循回性的重復放電》一文，探討瞭腦電的產生機制，得到較高的評價。他所發現的光強化腦興備性的現象曾被人稱為“張氏效應”。1965年後，他從事針刺鎮痛及痛覺機制的研究，認為針刺鎮痛是兩種感覺傳入在中樞神經系統中相互作用的結果。他領導下的研究集體所獲得的許多成果，受到國內外的重視，並因此獲世界思雷舍爾德基金會授與的1980年度獎。
他曾擔任《神經生理學雜志》（美國出版）、《國際神經藥理學雜志》及國際的《腦研究雜志》的顧問編委；被選為羅馬尼亞醫學會名譽會員，比利時皇傢醫學科學院外國名譽院士，國際腦研究組織中央理事會理事，世界衛生組織神經科學專傢顧問委員會委員，巴拿馬麻醉學會名譽會員及美國全國衛生研究院福格提常駐學者。