张学津于1941年9月在北京出生，自幼深受家庭艺术氛围的熏陶，七岁起便开始接触并学习京剧。他最初拜陈喜光为师，专攻娃娃生行当。1949年，他考入北京私立艺培戏曲学校，这所学校后来更名为北京市戏曲学校；在校期间，他先后师从王少楼、陈少武等名家学习老生，并宗法余派艺术风格。1959年从学校毕业后，张学津被分配至北京市荀慧生京剧团工作，由此获得了大量宝贵的舞台实践机会。1960年底，他进入北京市戏曲学校实验京剧团，该团后来并入北京京剧院。青年时期的张学津在艺术道路上不断求索，1961年11月22日，在父亲张君秋的建议以及老师王少楼的支持下，他于一场有李少春、袁世海、老舍、田汉等文艺界重要人士出席的集体拜师仪式中，正式拜入京剧大师马连良门下，开始系统研习马派艺术，并亲受马连良指点，学习了《清官册》《淮河营》《赵氏孤儿》《借东风》等多出经典剧目。1964年，他在现代戏《箭杆河边》中饰演主人公老庆奎，凭借其自行创作的“反二黄”调唱腔赢得了众多前辈艺术家的高度赞誉。1969年，张学津调至上海京剧院工作，在此期间连续参演了《杜鹃山》《苗岭风雷》《刑场上的婚礼》等现代剧目。1976年，他参与排演了现代戏《铁流东进》。次年，即1977年，他当选为上海市第七届人民代表大会代表。1978年，他在现代戏《刑场上的婚礼》中成功塑造了周文雍这一角色。1979年，他随上海京剧团出访联邦德国、比利时、卢森堡、英国、荷兰等多个国家，演出了《杨门女将》等剧目；同年，他还参加了第一次全国文学艺术工作者代表大会，并成为中国戏剧家协会会员。1980年后，他又陆续排演了现代戏《刑场上的婚礼》以及新编近代史剧《谭嗣同》等作品。1982年，张学津调回北京京剧院，此后陆续恢复上演了《甘露寺》、《淮河营》、《春秋笔》、《十老安刘》、《赵氏孤儿》等多部马派名剧《借东风》、《赵氏孤儿》、《清官册》、《甘露寺》、《苏武牧羊》。1985年，他荣获第二届中国戏剧梅花奖。1989年，他排演了个人首部代表作《画龙点睛》，在剧中饰演李世民，该剧于1991年荣获首届文华大奖。在1994年至2006年这十二年间，张学津致力于京剧音配像工作，共计为马连良的58出剧目配像51出，同时还为马立安于1929年录制的老唱片配像十三段，为后世留存下一份极其珍贵的艺术遗产。1998年，他获得美国纽约林肯艺术中心颁发的“亚洲最佳艺术人表演奖”；同年3月，当选为第九届全国政协委员。2000年，他当选为北京市文学艺术界联合会第七届副主席。2001年，他在新编历史剧《大唐贵妃》中扮演唐明皇，其中“仙山重逢”一折成为其艺术生涯中创作的最后一个代表性剧目。2003年3月，他再次当选为第十届全国政协委员。2007年，他的个人传记《生正逢时》正式出版。2011年10月27日，他应邀做客《CCTV空中剧院》栏目，并表演了京剧剧目《借东风》的经典选段。2008年，他被确定为国家级非物质文化遗产代表性项目的代表性传承人；同年3月，又一次当选为第十一届全国政协委员。2008年底，张学津被诊断出患有肝癌，此后数年间陆续接受了十几次大小手术。2012年9月，他再次入院治疗，病情持续危重。同年12月21日，张学津因病情恶化医治无效在北京逝世，享年七十一岁。12月27日上午10时，他的遗体告别仪式在北京八宝山殡仪馆东大厅举行。
著名京剧表演艺术家张学津先生一生中共经历过三段婚姻。他的第一任妻子是黄汝萍，她曾是北京京剧院的一位青衣演员，这段婚姻最终以分手告终。他的第二段婚姻是与影视演员宋佳结合，两人在时任天津市委书记的李瑞环同志的关心与介绍下相识并步入婚姻殿堂，婚后育有一女。然而，在女儿年仅两岁时，张学津以自身罹患丙型肝炎为由，主动向宋佳提出了离婚。张学津的第三任妻子是张丽敏，她是京剧大师张君秋先生的门下学生。在得知张学津身患癌症的消息后，张丽敏毅然选择与他结婚，并在其后漫长的岁月里悉心照料，陪伴张学津走完了人生的最后一段旅程，直至其生命终结。
张学津的师父是马连良。
张学津的12位徒弟有朱强、高彤、杜鹏、穆雨等。
张学津先生不仅继承了余派艺术的深厚底蕴，更得马连良大师的亲授真传，同时广泛涉猎谭派精髓，博采众长，将各家之长融会贯通，形成了自己独特的艺术风格。他的念白功底尤为扎实，吐字精准清晰，每一个字都仿佛能送入观众耳中，既富有强烈的音乐节奏感，又饱含浓郁的生活气息，韵律起伏间铿锵有力，真正做到了以声传情、声情并茂。在唱腔方面，他追求巧俏与流畅的结合，音质纯净优美、圆润饱满，传递出醇正而悠长的传统韵味。其做工严谨而不失大方，举止潇洒自如，台风气度凝重沉稳，尤其擅长通过髯口、水袖、水发、台步以及细腻的眼神变化，生动刻画人物内心复杂的情感与心境。那种艺术上追求的纯正、潇洒、自然、干净与纯熟的风骨，在他的整个舞台艺术实践中得到了淋漓尽致、最为全面的展现。
在源远流长的京剧艺术发展进程中，继程长庚、谭鑫培、梅兰芳、马连良、谭元寿等诸位大师之后，张学津先生无疑是矗立于另一个时代的鲜明里程碑。他不仅承前启后，更将马派艺术的精髓推向了一个崭新的高度，其艺术成就标志着马派传承与发展历程中的一次重要飞跃。然而，这一高度绝非终点，而是为后来者树立了前行的标杆。后辈学人理应自觉肩负起历史与艺术赋予的使命，在继承张学津先生艺术精神的基础上，不断砥砺奋进，持续深化对京剧马派艺术的理论研究与舞台实践，致力于推动这一珍贵流派的弘扬与创新。与此同时，更需以张学津先生的艺术追求为镜鉴，全面提升戏曲专业院校在人才培养方面的综合质量与学术研究水平，为京剧艺术的未来注入源源不断的活力。在个人秉性上，张学津先生为人率真坦荡，而在艺术领域，他则是一位近乎严苛的完美主义者。这种对完美的执着也体现在他对学生的教导中，其要求之严格可谓细致入微，即便是舞台上瞬息即逝的一个眼神，倘若他觉得未能达至理想状态，也必定会及时、明确地指出，并耐心予以纠正，以此引导学生领悟艺术的真谛。
二零二一年八月二十九日，一场名为“纪念张学津先生诞辰80周年京剧名家演唱会”的演出隆重举行，此次活动由马派传人及北京京剧院多位优秀演员联袂呈现，共同以精湛的表演艺术向张学津先生致敬。次日，即八月三十日，北京京剧院又专门组织了“纪念张学津先生诞辰80周年专题研讨会”，广泛邀请了戏曲研究领域的众多知名学者与专家齐聚一堂，通过深入的学术交流与追忆，共同回顾张学津先生的艺术生涯与卓越贡献，表达对其深切的缅怀之情。