1908年入讀順天高等學堂中學班，1912年轉入北京高等師範學校附屬中學，1913年考入北京大學預科。1914年考入北京大學文科哲學係，後轉入理科數學係。1917年肄業。1920年時任北京大學助教，與陳獨秀、李大釗成立頗具影響力的《每周評論》，後成立中國共產黨。他介紹張國燾進入北京共產主義小組。1920年11月隨蔡元培赴法，在裏昂大學中國學院教書，後在巴黎和女友劉清揚一同介紹周恩來加入中國共產黨。後又與周恩來一起介紹朱德加入中共。1924年2月取道蘇聯回中國，抵廣州，在廣州大學任教。1924年5月，被孫中山任命為黃埔軍校政治部副主任(主任為戴季陶)，6月辭職到北京度暑假。1925年1月在上海中共四大上，關於與國民黨合作問題，與張太雷衝撞，後退出中國共產黨。先後在暨南大學、大陸大學、大夏大學、中國大學、北京大學任教。[1]
1930年應馮友蘭邀請赴清華大學哲學係任教。1935年參與一二九運動，於翌年2月29日被當局逮捕，5月被馮玉祥保釋出獄，但被清華解聘。抗日戰爭期間參與創建民盟。在國共內戰國軍大勢已去的1948年秋天，因發表《呼籲和平》一文，公開承認國民政府的憲政，被民盟開除。12月16日，《人民日報》發表文章，“痛斥叛徒張申府的賣身投靠”。妻子劉清揚也登報宣布跟他離婚。其實他希望的是國共互相製約。
1949年後在北京圖書館任研究員，娶滿族關女士為妻。1957年被認為是右派分子。文革後平反。晚年少問政事，曾接受美國猶太裔曆史學家舒衡哲女士的采訪，披露了一些關於中共早期組織和領導層的細節史料。其訪談被舒整理為《Time for Telling Truth is Running Out》（直譯：《說出真相的時間已經不多》，中文版題為《張申府訪談錄》，有刪節）。張申府熱衷於數學哲學，是中國積極譯介英國哲學家伯特蘭·羅素的第一人，也是中文界翻譯維特根斯坦的第一人。在羅素訪華時，二人有過學術交流。中華人民共和國建國後，羅素失去了和張的聯係，還曾專門寫信詢問張的下落。
張在北大期間曾代李大釗管理圖書館，期間訓斥過毛。在德國期間是周恩來朱德的入黨介紹人。國民參政會第五審察委員會委員，全國戰時教育協會理事，憲政促進會秘書長，中國民主同盟常務委員兼民盟華北總支部負責人。1946年代表民盟參加舊政協。十一屆三中全會後平反後擔任中國農工民主黨中央顧問，第六屆全國政協委員。1986年6月20日病逝於北京。
他能壽終正寢，足證有關毛因圖書管理員身份對大知識分子懷恨在心一說，小人妄議而已。
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