隆庆二年二月十九日（1567年3月29日），张允修出生于京师（今北京市），祖籍湖广承宣布政使司荆州府江陵县（今湖北省荆州市江陵县）。张允修本名应为张嗣信，至万历八年（1580年）时则已改名为张允修。
张允修少时补府学生，万历九年十一月二十三日（1581年12月18日），以其父张居正功叙恩授尚宝司丞。万历十年（1582年）六月张居正去世后，曾经被其打压的官员借机报复，万历十一年（1583年），张允修兄张懋修、张简修被革职为民，张允修当于此时同被革职。万历十二年（1584年）四月，明神宗令司礼监太监张诚等查抄张居正家产，长兄张敬修自尽，次兄张嗣修被发配岭南，张允修当自此后开始流亡。崇祯二年五月二十二日（1629年7月12日），礼部右侍郎罗喻义上疏陈述张居正的功劳，请荫赠张居正后代。崇祯三年十二月十一日（1631年1月12日），授张允修中书舍人。
崇祯十五年（1642年）冬，李自成军队攻陷荆州府，留将领孟长庚防守。孟长庚大量拜访荆地士绅，想将他们推荐给李自成以让自己得到重用。张允修之前已经前往江南地区躲避，至此又逃到了长湖，并更改了自己的姓名。到了崇祯十六年（1643年）冬，张献忠军队夺占了荆州府，并强制把当地居民迁徙入蜀。张允修不幸撞见了张献忠的军队，被抓住面见张献忠。张允修不肯下跪，被张献忠左右之人呵斥，允修说：“我的膝盖，只对大明皇帝下跪，我怎会改换门庭来侍奉你，现在我只求一死。”张献忠欣赏张允修的忠义，让看守者将他囚禁在北城的土房子里。到了晚上，张允修在墙壁上题诗一首，随后纵火自焚。看守者受惊而走，并问张允修为何不趁机逃出，允修说古代忠义之人即使赴汤蹈火也甘之如饴，自己不愿背义而生。其孙张同奎拉之同走，张允修依然不从，于是逝世于火中，时年为崇祯十七年正月初十日（1644年2月17日）。
崇祯十七年二月初六日（1644年3月14日），张献忠弃荆走蜀，张同奎收敛了张允修的遗骸归葬于天井渊，和其妻安人李氏合葬。后张同奎的从兄弟张同敞听说了张允修的事迹，随即告诉了他的同僚，并上疏崇祯帝，得赐谥“忠烈”。
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