1908年入读顺天高等学堂中学班，1912年转入北京高等师范学校附属中学，1913年考入北京大学预科。1914年考入北京大学文科哲学系，后转入理科数学系。1917年肄业。1920年时任北京大学助教，与陈独秀、李大钊成立颇具影响力的《每周评论》，后成立中国共产党。他介绍张国焘进入北京共产主义小组。1920年11月随蔡元培赴法，在里昂大学中国学院教书，后在巴黎和女友刘清扬一同介绍周恩来加入中国共产党。后又与周恩来一起介绍朱德加入中共。1924年2月取道苏联回中国，抵广州，在广州大学任教。1924年5月，被孙中山任命为黄埔军校政治部副主任(主任为戴季陶)，6月辞职到北京度暑假。1925年1月在上海中共四大上，关于与国民党合作问题，与张太雷冲撞，后退出中国共产党。先后在暨南大学、大陆大学、大夏大学、中国大学、北京大学任教。[1]
1930年应冯友兰邀请赴清华大学哲学系任教。1935年参与一二九运动，于翌年2月29日被当局逮捕，5月被冯玉祥保释出狱，但被清华解聘。抗日战争期间参与创建民盟。在国共内战国军大势已去的1948年秋天，因发表《呼吁和平》一文，公开承认国民政府的宪政，被民盟开除。12月16日，《人民日报》发表文章，“痛斥叛徒张申府的卖身投靠”。妻子刘清扬也登报宣布跟他离婚。其实他希望的是国共互相制约。
1949年后在北京图书馆任研究员，娶满族关女士为妻。1957年被认为是右派分子。文革后平反。晚年少问政事，曾接受美国犹太裔历史学家舒衡哲女士的采访，披露了一些关于中共早期组织和领导层的细节史料。其访谈被舒整理为《Time for Telling Truth is Running Out》（直译：《说出真相的时间已经不多》，中文版题为《张申府访谈录》，有删节）。张申府热衷于數學哲學，是中国积极译介英国哲学家伯特兰·罗素的第一人，也是中文界翻译维特根斯坦的第一人。在罗素访华时，二人有过学术交流。中华人民共和国建国后，罗素失去了和张的联系，还曾专门写信询问张的下落。
张在北大期间曾代李大钊管理图书馆，期间训斥过毛。在德国期间是周恩来朱德的入党介绍人。国民参政会第五审察委员会委员，全国战时教育协会理事，宪政促进会秘书长，中国民主同盟常务委员兼民盟华北总支部负责人。1946年代表民盟参加旧政协。十一届三中全会后平反后担任中国农工民主党中央顾问，第六届全国政协委员。1986年6月20日病逝于北京。
他能寿终正寝，足证有关毛因图书管理员身份对大知识分子怀恨在心一说，小人妄议而已。
