張子健出生於曲藝之家，父親是快板書表演藝術家張志寬。3歲時就會背整段快板書《三打白骨精》，4歲首次登台表演。小時候最愛玩自編自演的遊戲，在天津廣播電台少兒劇團當小演員參演了兒童電視劇《紐扣》，相繼出演《大虎》《瑰寶》等電影。國中畢業後進入天津市曲藝團學員班，並去各地演出。

1987年，在電影學院北京考區，張子健與錢雁秋因相聲而結為好友，兩人合作出演多場相聲。畢業前，兩人共同參演電視劇《青春無季》。

 

1993年，在電視劇《白眉大俠》中飾演紫面金剛王順，從此開啟了演藝之路。

1995年，參演電視劇《甘十九妹》中飾演男主角尹劍平。1996年，參演電視劇《燃情四季》，飾演曲平。

1997年，與陳道明、葛優共同參演古裝歷史愛情電視劇《寇老西兒》，飾演宋朝第三代皇帝宋真宗。

1998年，與黃海波、張嘉譯共同參演校園青春愛情電視劇《表演系的故事》，飾演趙揚。

1999年，參演錢雁秋執導的電視劇《摯愛》飾演韓凌。2001年，參演電視劇《英雄》中飾演燕雙鷹。

2003年，《神探狄仁傑》推出第一部，張子健在這部電視劇中飾演李元芳，2006年第二部上映，

2007年4月，繼續主演《神探狄仁傑3》。張子健與導演錢雁秋、狄仁傑飾演者梁冠華三人也被稱為鐵三角組合。

2008年，主演《英雄》的續集《獵鷹1949》，這部劇在人物造型、故事情節方面有了很多變化。 

2010年，在諜戰劇《借槍》中飾演安德森，與同學張嘉譯合作。 

2011年，“燕雙鷹”系列劇集第三部《飛虎神鷹》播出。同年，第四部《神斷狄仁傑》播出。

2012年9月，主演《英雄》的翻版《大漠槍神》。10月網路“元芳體”走紅，源頭來自電視劇《神探狄仁傑》中狄仁傑的口頭禪，“元芳，此事你怎么看”。但是張子健此後稱劇中沒有此句。

2013年，在《神探包青天》中分別飾演“包鐵山”與“包拯”父子。

2014年9月，在電視劇《石敢當之雄峙天東》中飾演石敢當，與六小齡童合作。同年11月，主演抗日劇《飛虎隊》。11月17日，主演由高戰執導的抗戰題材電視劇《熱血》。 

2015年9月，友情出演由姚曉峰執導，俞飛鴻、楊玏主演的都市愛情喜劇《小丈夫》。參演CBD職場大劇《獵場》。

2016年，參演都市輕喜劇《我的！體育老師》。

張子健《我的體育老師》劇照
 

 

張子健與與第一任妻子李婷因《白眉大俠》《冬至》而結緣。2005年，與李婷離婚。2007年，與方芸結婚。

張子健就是一個讓人極容易產生“恨鐵不成鋼”情緒的人，早在九十年代初的兩部武俠劇《白眉大俠》《甘十九妹》幾乎讓張子健坐穩了“武俠第一小生”的位子，可他之後偏偏跑去拍了一些奇怪的時裝、甚至農村劇。他是在為自己演戲。（《新京報》評）

演員張子健引發全民熱議，就針對內地的影視圈而言，就有像張子健這樣的魅力型男大叔存在，他們憑藉著各自不同的風格和獨有的魅力，俘獲觀眾。（網易娛樂評）