1928年（民国十七年）2月23日，张存浩出生于天津，张存浩2岁起，母亲就开始教张存浩识字，抗日战争爆发时，张存浩正在读小学。
1938年（中华民国二十七年），就读于张伯苓所创办的重庆南开中学。
1940年（民国二十九年），转到福建长汀一中。
1943年（民国三十二年），15岁的张存浩考入厦门大学。
1944年（民国三十三年），转入转到重庆中央大学化学工程系。
1947年（民国三十六年），毕业于南京中央大学化学工程系（现为南京工业大学）。
1947年-1948年，天津南开大学化工系攻读研究生。
1948年（民国三十七年），赴美留学在爱阿华州化学系读研究生。
1950年，获美国密西根大学硕士学位，后毅然放弃攻读博士学位的机会和优越的工作、生活条件，于1950年10月返国。
1955年6月，中国科学院成立学部，张存浩作为青年代表出席了科学界最高学术机构的这一会议。
1959年，张存浩又义无反顾地投入到火箭推进剂的研究。没见过火箭，没见过发动机，张存浩作为负责人，带着一群人驻进了金家沟这个名符其实的山沟里。
1973年，张存浩再次转行，他自己提出要从事化学激光研究。
1983年，张存浩与合作者开展脉冲氧碘化学激光器的研究，首次发展出光引发/放电引发脉冲氟碘化学激光器。
1984年，张存浩与庄琦等发明了一种在超高速流中大量制备一氟化氮两种电子激发态的方法，为研究可见光化学激光创造了条件。
1985年，在国际上首次研制出放电引发脉冲氟碘化学激光器，效率及性能处于世界领先地位。
1986年1月，作为全国政协的特邀代表，到北京参加全国政协会议。
1986年到1990年，张存浩出任中国科学院大连化学物理研究所所长，开始了“科研管理一肩挑”的学术生涯，张存浩在中国科技管理部门中第一个倡议设立了专门从事学风管理的机构—国家自然科学基金委员会监督委员会。
1986 年，张存浩曾在旧金山第11 届国际量子电子学会议上作题为“以快速预解离态为中间态的双振多光子电离光谱”特邀报告。张存浩作为中国的杰出学者，还曾在世界著名学府，如美国加州大学伯克利分校、麻省理工学院等院校讲学，得到国际知名学者李远哲的高度评价。
1992年6 月，张存浩与大陆一些著名科学家首赴台湾，为海峡两岸的科技交流做出了重要贡献。
1998年，当选为国务院学位委员会委员；同年获颁香港中文大学荣誉理学博士学位。
2015年2月11日，下午中共中央政治局常委、中央书记处书记刘云山代表习近平总书记和党中央，登门看望国家最高科技奖获得者张存浩，向他致以诚挚问候，向科技工作者致以新春祝福。
1954年，张存浩与迟云霞结婚，婚后生有二子。
张存浩院士一贯注重科技人才的培养，几十年来，他积极创造和提供有利条件，促进团队中一批中青年骨干成长为具有国际影响的科学家。在任国家自然科学基金委主任期间，积极推动制定了资助青年科学家成长的政策和制度、营造有利于创新的科研环境，为优秀青年科学家的快速成长提供了良好的发展空间。（中国科学院评）
张存浩先生对我们的支持，时时激励着我、温暖着我，使我在回国一年多时间内，与同事们一起用国产元件建成了TW级的飞秒激光装置，并利用这台装置取得了一系列的成果，得到了国际学术界的认可。”（上海交通大学校长张杰院士评）
作为中国著名物理化学家、化学激光的奠基人和中国分子反应动力学的奠基人之一，他把一生都奉献给了祖国的科技事业。他推动成立了国家自然科学基金委员会监督委员会，倡导实事求是的作风和严谨的科学态度，赢得社会赞誉。（网易新闻评）
张存浩宽厚待人，严于律己，善于发挥每个人的长处。他尊重知识，非常重视科技人才的发现、培养和使用，对一些有才干的中青年科技人员，他敢于大胆提拔并委以重任，为他们施展才华创造良好条件。张存浩学识渊博，学术思想活跃，具有求实与创新精神、敏锐的学术判断力和旺盛的科学研究活力。他涉足的领域从催化、化工、化学反应动力学直到火箭推进剂、化学激光、激光化学等尖端和前沿科技领域。他的科研成果具有开创性，不少成果居世界领先地位。（厦门大学评）
2016年1月4日，国家天文台将编号为“19282”的小行星命名为“张存浩星” 。