张宗燧的父亲张东荪是著名哲学家、社会活动家，母亲吴绍鸿贤惠持家，兄张宗炳居长，宗燧次，下有弟张宗颖，张妹宗烨。幼时家居上海，宗燧五岁进学，好强争胜。後入育才中学，受戴铁君先生启蒙，对数理产生兴趣，表现出卓越的学力。

    1930年，张宗燧年十五岁，入燕京大学物理系，次年转清华大学，受吴有训、赵忠尧等名师指导。1934年入清华研究院，同年报考庚款出国留学。1935年物理专业名额仅一人，吴师建议张宗燧改考天文专业，张宗燧从命，经短期速成，即考取美庚款，后去紫金山天文台实习半年，准备赴美。然而，张宗燧有宏志于数学和理论物理，以当时国际学术水准，欧洲高于美国;于是他放弃“美庚款”，次年报考“英庚款”数学专业，第四届“英庚款”数学专业两名取生为许宝騄和张宗燧。

    1936年，张宗燧于剑桥大学数学系，受业于著名统计物理学家福勒(R.H.Fowler)，两年发表了论文七篇，获博士学位。张宗燧在“合作现象”领域，特别是关于“固溶体的统计理论”，取得优异成果，《贝特的有序—无序相变理论在合金上的推广》及《一个系统的位形数目与合作现象》等优秀论文，使他开始在国际理论物理学界知名。 1938年，福勒荐张宗燧去尼尔斯·波尔(N.Bohr)领导的哥本哈根大学理论物理研究所工作。在这个发源“哥本哈根学派”的学府里，他有幸会及狄拉克(Dirac)、泡利(Pauli)、罗森菲尔德(Rosenfeild)、维克(Wick)、莫勒(Moller)、威尔逊(A.H.Wilson)等人。在这些现代物理学先驱人物的影响下，张宗燧进入量子理论最前沿的研究。

    1939年，宗燧到瑞士高等工业学校，在泡利身边工作，写出了他的第一篇量子理论的学术论文《包含介子的过程对于方位角的依赖》。玻尔研究所的自由学术气氛，诸多大师的指导和合作，使他的学术水准升华;而狄拉克方程的美丽简洁，午茶时无拘束的讨论，是他经常的回忆，这段在丹麦和瑞士的美好时光，使他终身难忘。

    年轻的张宗燧受到玻尔全家的关怀，而且得到了玻尔本人的赏识。1939年1月，在一封推荐信中，玻尔写道：“在哥本哈根的半年来，张显示了很高的学术才能和人品……他在莫勒教授指导下，研究了核理论新发展中的各种问题，特别是β蜕变现象。张在处理新的复杂的数学方法上表现出十分不平常的水平，并且还能最透彻地理解其物理内涵。”

    1939年秋，欧洲局势严峻，张宗燧受中央大学之聘回国，成为该校最年轻的教授。在重庆任教的六年间，他继续从事量子场论和统计物理方面的研究，在英国《皇家学会会刊》及美国《化学物理杂志》等刊物上发表论文九篇。他为量子场论形式体系的建立，做出了出色的贡献;在高阶微商、高自旋粒子理论方面，也有若干前沿性的工作。他的代表性的论文，如《标量介子的性质》、《δAμ/δxμ=0的量子电动力学》，和后来的《含有高阶导数的场论》等，都受到了国际理论物理学界的重视。

    1945年，抗战胜利，受李约瑟推荐，张宗燧再次赴英工作，时年三十岁。四六至四七的一年间，他在剑桥完成四篇高水平的论文。他提出要在剑桥开课，狄拉克予以支持并安排他讲授场论，这是中国人第一次步上剑桥讲坛。有鉴于统计物理合作现象理论和建立量子场论形式体系的重要贡献，宗燧在国际理论物理学界享有很高的声誉，成为剑桥哲学会会员，并被录入美国《世界名人录》(1950年版)。

    1947年，狄拉克推荐张宗燧到普林斯顿高等研究所作短期研究。一九四八年，他应邀到费城的卡内基高等工业学校任教;由于签证的延误，而同时北京大学又向他发出了聘书，所以他于当年秋天回国到北大任教。回国后完成的《合乎相对论的场论》一文，发表在美国的《物理评论》上。

    张宗燧在北京大学讲授热力学和原子核物理，并指导研究生，后来为中国国防科学作出重大贡献的于敏教授，就是他的第一个研究生。由于他擅长数学在物理学中的应用，1951年开始担任中国科学院数学研究所合聘研究员。此间，与北京农业大学化学系助教傅素冉女士结婚，育有一子张洪青。