1892年,张彭春生于天津。
1904年入天津敬业中学(即天津南开中学前身),1908年毕业。同年,考入保定高等学堂。
1910年考取北京游美预备学务处(清华学堂前身),名列第十,同榜有胡适、钱崇树、竺可桢、赵元任等。9月赴美国克拉克大学学习,任学生辩论队队长,练就了极佳口才。
1912年12月,张彭春代表克拉克大学在费城举行的世界大同会年会上发表演说,引人瞩目。
1913年进入哥伦比亚大学学习,1915年获得了文学硕士、教育学硕士学位。
1916年回国。1916年至1918年任南开学校专门部主任兼代理校长。
1919年赴美攻读哲学,1922年获哥伦比亚大学哲学博士学位。
1922年7月至同年12月间应中华教育改进社之邀赴欧考察各国教育制度。
1923年至1926年任清华大学教授兼教务长。
1926年任南开中学主任、南开大学教授。
1929年赴美为南开学校募捐。
1931年先后任教于美国芝加哥大学、哥伦比亚大学。
1935年担任梅兰芳访苏团总指导,并与曹禺、林徽因等人举办话剧《财狂》演出。
1936年前往英国进学。
抗日战争开始后,从事国民外交活动。
1938年代表天津出席第一届国民参政会。1940年起,正式担任国民政府外交官。1946年联合国大会期间任联合国经济社会理事会中国代表。1947年7月任联合国安全理事会中国代表。1948年任联合国人权委员会副主席,参与起草《世界人权宣言》。
1952年初退休。1957年7月19日因心脏病发作逝世于美国新泽西州,终年65岁。