早年经历
张子健出生于曲艺之家，父亲是快板书表演艺术家张志宽。3岁时就会背整段快板书《三打白骨精》，4岁首次登台表演。小时候最爱玩自编自演的游戏，在天津广播电台少儿剧团当小演员参演了儿童电视剧《纽扣》，相继出演《大虎》《瑰宝》等电影。初中毕业后进入天津市曲艺团学员班，并去各地演出。
1987年，在电影学院北京考区，张子健与钱雁秋因相声而结为好友，两人合作出演多场相声。毕业前，两人共同参演电视剧《青春无季》。
演艺经历
1993年，在电视剧《白眉大侠》中饰演紫面金刚王顺，从此开启了演艺之路。本身没有武术功底的张子健，却被安排在《白眉大侠》中饰演是一个打戏非常多的角色。
1995年，参演电视剧《甘十九妹》中饰演男主角尹剑平。1996年，参演电视剧《燃情四季》，饰演曲平。
1997年，与陈道明、葛优共同参演古装历史爱情电视剧《寇老西儿》，饰演宋朝第三代皇帝宋真宗。
1998年，与黄海波、张嘉译共同参演校园青春爱情电视剧《表演系的故事》，饰演赵扬。
1999年，参演钱雁秋执导的电视剧《挚爱》饰演韩凌。2001年，参演电视剧《英雄》中饰演燕双鹰。
2003年，《神探狄仁杰》推出第一部，张子健在这部电视剧中饰演李元芳，2006年第二部上映，
2007年4月，继续主演《神探狄仁杰3》。张子健与导演钱雁秋、狄仁杰饰演者梁冠华三人也被称为铁三角组合。
2008年，主演《英雄》的续集《猎鹰1949》，这部剧在人物造型、故事情节方面有了很多变化。
2010年，在谍战剧《借枪》中饰演安德森，与同学张嘉译合作。
2011年，“燕双鹰”系列剧集第三部《飞虎神鹰》播出。同年，第四部《神断狄仁杰》播出。
2012年9月，主演《英雄》的翻版《大漠枪神》。10月网络“元芳体”走红，源头来自电视剧《神探狄仁杰》中狄仁杰的口头禅，“元芳，此事你怎么看”。但是张子健此后称剧中没有此句。
2013年，在《神探包青天》中分别饰演“包铁山”与“包拯”父子。
2014年9月，在电视剧《石敢当之雄峙天东》中饰演石敢当，与六小龄童合作。 同年11月，主演抗日剧《飞虎队》。
社会活动
2013年3月29日，敦煌石窟保护研究基金会捐赠仪式在兰州举行。天津郁美净集团向敦煌石窟保护研究基金会捐赠70万元人民币，用于敦煌石窟塑像数字化项目。此捐赠由张子健促成。当日，张子健参加捐助仪式。
2013年6月21日，由中国国家发展和改革委员会主办的“留住蓝色地球之美丽中国低碳行”大型绿色低碳普及宣教推广工程在北京钓鱼台举行盛大的启动仪式。张子健受邀特意从敦煌剧组飞回北京赶赴活动现场。并被组委会受聘为“留住蓝色地球美丽中国低碳行”形象大使。
