1999年,張首晟被聘為中國長江學者講座教授,任中國清華大學高等研究院客座教授。
2004年出任IBM-斯坦福自旋電子學研究中心主任。
2013年,當選中國科學院外籍院士。同一年,他與學生穀安佳創立丹華資本[8]。
2010-至今 美國斯坦福大學物理係,JG Jackson and CJ Wood 講座教授。
2018年5月1日-12月1日 中國上海科技大學特聘教授。
2018年12月1日因抑鬱症在舊金山自殺身亡。[9]由於其創立的丹華資本在美國貿易代表辦公室於11月針對中國發布的《301調查報告》被提及,因此其死因引發外界猜疑。[8]他的家人在訃聞中說他與憂鬱症搏鬥後逝世,其後澄清與陰謀論無關。[10][11][12]