1916年至1920年，他就学于浙江省立第十中学（今温州中学）。在校期间，勤勉好学，成绩优异，是一名高才生。中学毕业后进金陵大学学习。1926年毕业于东南大学生物系，后从事教学工作。1932年赴英国皇家邱植物园留学。1934年回国后从事教学和科研工作。曾任北京大学、清华大学、北京农业大学、浙江大学、江西大学、广西大学教授，前中正大学生物系主任，以及北平静生生物调查所技师等职。建国后历任中国科学院植物研究所和华南植物研究所一级研究员、副所长、代所长，并当选为中国科学院生物学学部委员、中国植物学会副秘书长、广东省植物学会理事长。张肇骞热爱共产党，热爱社会主义祖国。1956年参加中国共产党后，在党内任华南植物研究所总支书记、分党组副书记、党委委员职务。 1955年选聘为中国科学院院士。

　　1920年考入南京金陵大学农学院，时值“五四”运动爆发不久，他投入了“外争国权内惩国贼”的斗争中，带领同学闹学潮而被校方开除，遂转读东南大学生物学系。1926年毕业后在中央大学任助教、讲师。从此开始了他的教学生涯，并同植物学结下了终身之缘。著名奥国植物学家韩马迪（H.Handel-Mazzetti）称他为“非常聪明的青年”。他怀着科学救国的愿望，决心到外国留学。他拒绝了官场要人的“好意”推荐和资助，而自己考取公费留学。1933年到英国皇家植物园丘园（Kew）深造。因其妻患绝症而提前于1935年回国。

　　张肇骞回国后应聘于梧州的广西大学生物学系任副教授，翌年受聘于杭州浙江大学任教。同年，经著名植物学家胡先骕介绍，同桂秉镛结为伉俪。1938～1939年在柳州广西大学农学院任教授兼农林植物研究所主任。后又转到贵州湄潭的浙江大学任职。

　　1940年，中正大学于江西泰和成立。翌年，他受校长胡先骕之聘到该校执教并兼生物学系主任，为改善学校的教学设备做出了努力。日本侵略军进犯赣州、泰和一带时，他带领学生颠沛流离到赣东山区。1946年起在北平静生生物调查所工作兼北京大学生物系教授。

　　中华人民共和国成立后，任中国科学院植物分类研究所（后改名为植物研究所）研究员。1953年起兼任该所副所长，进行植物分类学研究，并从事大量科学组织和管理工作，热情参加编制我国植物学的发展规划。尽管身患肺病，仍坚持骑车到北京大学授课。他满腔热情投入到我国植物资源的开发利用上，筹划组建植物资源研究室，并率队到广西大溶江实地考察植被和植物资源。1955年，他被选聘为中国科学院生物学地学部学部委员。由于他的组织能力和善于团结人的品德，同年被调到广州协助著名植物学家陈焕镛组建华南植物研究所，他历任该所副所长、代所长、中国植物学会副秘书长、广东植物学会理事长、中国科学院中南分院综合考察队队长等。1953年参加中国民主同盟。1956年加入中国共产党。1954年、1957年先后参加印度林业会议和科学年会，1960年赴越南考察。

　　张肇骞为我国植物学的教学和科学研究事业的发展贡献了毕生精力。

　　张肇骞善于发现人才。抗日战争初期，沈善炯来到广西大学农学院就读，他发现了沈的才华，引导他学习生物化学和植物遗传学，并趁广西大学改组之际，主动提供路费介绍沈赴昆明西南联大跟随张景钺继续学习。1939年春，青年何天相到广西大学农学院植物研究所初次参加工作，张肇骞亲身指导他随林学系师生往大瑶山调查和采集标本，后又带他到在贵州湄潭的浙江大学任职。他常掏腰包资助当时来自战区的贫困学生，直至成才，自己却一箪一瓢过日子。他分文不受当时教育部要人的津贴，全家常年吃稀饭度日。他的这种“不为五斗米折腰”的铿锵骨气鞭策着许多年青人。他开荒种地，并常说：“宁可低头求土，不愿仰面求人”。抗战胜利后，中正大学迁校南昌时，校址离市区二十多里，又无交通工具，每次上课他都步行到校，风雨无阻，使学生们甚为感动。

　　他授课一丝不苟，理论联系实际，所讲授的《植物分类学》使一些毕业后40多年的人，对分类学基础知识仍然记忆犹新。其独到之处，正如动物学家尹长民教授所述，归结起来：一是善于说理，教学严肃认真，从不哗众取宠以取悦学生，用较充裕的时间讲述分类原理和方法，从形态学、细胞学和遗传学等当时较新的观点加以阐述，以比较各分类系统来加以评价；二是巧交钥匙，理论联系实际，课堂野外结合，采用启发引导而摒弃死记硬背的方法；三是从严训练，用一学期的时间指导学生掌握植物分类的基本功，包括标本的采集、压制，生殖器官的解剖，到分类检索表的使用等。第二学期令每个学生独立采集，鉴别100种植物（包括乔、灌木和草本），并写出报告。这种旨在启迪学生思维，提高智力的教学方法，至今仍值得后人效仿。

　　1944年，女青年黄新和来到中正大学任助教，用美国出版的大学植物学实验指导一书上实验课。但关于“原生质循环流动”一节书中提及的材料是分布于美国的伊乐藻（Elodea）。黄新和发现当地有一种黑藻属（Hydrilla）的植物，其叶片中的叶绿素粒也回旋转动，就请教是否可用此作材料。张肇骞看后连声赞好，并说，凡事必须联系实际，不能生搬硬套。这对初出茅庐的人无疑是莫大鼓励。

　　张肇骞不仅授课认真，而且亲自过问学生的实验。当了解到一些年纪比助教还大的学生实验课绘图马虎并提前离开实验室时，他事后召见这些同学进行严厉批评，并规定，实验报告必须当面交给指导老师审阅方得离开实验室。他的治学态度使助教和同学终生受益。

　　20世纪50年代末，他与陈焕镛率一批青年到广东从化三角山进行植物区系调查，边考察边讲解，同时重视采集标本的质量，强调要详细记录植物的生境、土壤和其他生态资料。一天，清早上山采集，下午队伍突然散失，他在山里转四个多小时回不来，只得在一座废弃的磨坊里过夜。以他近花甲之年所表现的毅力，至为感人。他常教育年轻人说：“不怕慢，只怕站”。在繁忙工作之余，他利用晚上为科技人员讲授专业英语。他选用R.Good的名著《有花植物地理学》最新的版本作教材，不仅使人学了外文，还增长了专业知识。

　　张肇骞专长菊科植物的分类。他同林镕、陈封怀三人堪称我国菊科研究的大师。然而繁忙的科学组织管理和社会工作耗去他的大部精力。他寄希望于青年人，把自己多年积累的资料奉献出来。无论谁找到他，再忙他也放下手头业务，耐心与之交谈，既谈学术，又谈思想。他一心为公，团结同辈，培养后学，严以律己，宽以待人，以自己的模范行动，言传身教，曾多次被评为中国科学院中南分院先进科学工作者。

　　“凡一国之富强，端赖实际之建设。我国建国，工农亦兴，势所必然。而农学与植物学关系之密切，其理亦至显。……今后建国大业中，植物科学研究，实为工作中之一环”，他在中华人民共和国成立前不久的这些论断，在建国后得到了实施的环境。他认为，要使植物学紧密结合国家的经济建设，必须在植物资源的开发利用上多做工作。当年吴征镒从苏联考察带回了一本《原料植物野外调查法》，他颇感兴趣，主动组织王宗训、王文采等人和自己一起翻译。译本出版后对我国20世纪60年代初大兴野生植物资源的调查开发起了积极作用。

　　中国科学院对他的科学才能和组织能力，尤其他那善于团结人和稳重而又坚定的作风颇为赏识。1955年他调任华南植物研究所副所长后，即开展了繁忙的单位组建和改造工作，力求把研究所办成符合国家经济建设需要的综合性植物学研究机构。

　　华南植物研究所是1954年5月1日由中山大学农林植物研究所独立出来而划归中国科学院的，原机构由陈焕镛于1929年创建，归属中国科学院时只有10多个科技人员，从事单一的植物分类学研究，但拥有丰富的南方植物标本和植物分类学文献，有着良好的植物学基础研究条件。张肇骞同另一位兼职副所长、中山大学生物系的吴印禅配合，在陈焕镛的支持下首先在生态学和地植物学方面培训干部，委任何绍颐、王铸豪组建地植物学研究室，补充土壤、气象、微生物和化学分析等人员；由留美归国学者郭俊彦创建植物生理学研究室；1958年让贾良智组建植物资源研究室。

　　为开发和利用华南热带亚热带植物资源，他于1958年率队到广西红水河、十万大山及广东汕头地区进行野外综合考察。同年冬，他协调华南各地的力量组织了野生植物资源普查队。次年，按国务院指示开展了华南四省的野生植物普查工作。1960年11月，在国民经济困难时期，他同年青人一道到阳江县调查油料植物油渣果。他组织出版了油料植物、淀粉植物、绿肥植物、药用植物、有毒植物等小丛书，不仅为各地群众性利用野生植物提供参考，而且采到的大量标本充实了标本收藏。尤其重要的是，野生植物资源普查工作促进了生产部门对植物原料的收购利用。在普查工作的基础上，开展了一些专题研究，如“白背叶籽油代桐油的研究”和“竹柏油含量和质量与环境因子的关系”等课题。张肇骞重视普及与提高、实际与理论的结合，同时，坚决抵制了对基础理论研究的诋毁。

　　张肇骞视图书情报工作为科学研究的不可缺的组成部分。他组织了一个由各研究室主任组成的图书委员会，专门审订外文文献的采购，购进了大量外文文献。1960年初，他倡议建立情报资料室，连同图书室一起由他亲自领导。

　　在社会动荡的年代，他没有舍本逐末，不论群众性丰产田的经验总结，还是资源调查和植被区划的工作，都坚持把为经济建设服务和为学科发展结合起来，主动与农业、林业和其他科研部门协作而不争高低。三叶橡胶树抗寒生理的研究是张肇骞多年关注的国家重点任务。他和郭俊彦频频与热带作物研究所所长何康、南京土壤研究所研究员李庆逵及上海植物生理所所长罗宗洛协商与合作。1962年他受聘为国家科委橡胶热作组成员。在他的领导下，从1960年到1964 年，华南植物所在总结橡胶树的呼吸代谢、物质代谢、细胞生理、不同品系耐寒力的比较和提高耐寒力措施等方面的研究成果的基础上，终于写出了一批论文，总结了一套实验研究方法。后来，集体成果《橡胶树北移成功》获国家发明一等奖，而抗寒生理的研究就是这项成果的一部分，这些工作为以后研究植物低温伤害机理所得的成果奠定了基础。他深知没有植物化学的人才谈不上植物资源的开发利用，因而选送了一批年轻骨干到上海有机化学所和药物所进修，并充实本单位的仪器设备。

　　张肇骞学术思想活跃，非常重视学科间的协作与渗透。他强调，我国植物分类学和区系学的发展必须从“量的增长到质的提高”；描述性植物分类学固然重要，但已不能适应学科发展和社会主义建设对植物学的需要，而单纯追求发表新种的作法缚束了年轻人的成长。他认为，植物分类是在详细观察一个科或属的种类形态，找出其系统发育所依据的比较合理的特征。为此不仅要利用固有的手段（描述形态学），而且还要参考和运用其他学科，如比较形态学、解剖学、细胞学、植物地理学等的研究资料，分析和探讨已有分类系统的正确性，作出补充和修正，以阐明植物系统发育的规律，进而发展实验分类学。这样不仅能把植物系统发育的研究提高到理论实质，又能使这门较古老的学科在生产实践上找到其应用的途径，并对栽培育种、定向培育提供科学依据。他为此邀喻诚鸿筹建了植物形态解剖学研究室。1963年他和喻诚鸿等人进行的《齐头绒属在分类系统上位置的研究》，就是运用学科间协作研究的尝试。

为扩展植物学在国民经济建设中的作用，他还着手建立古植物学组织，以便为地层鉴定、矿产开发及研究植物的进化提供理论依据。为填补华南地区低等植物研究的空白，他特别派人到南京向陈邦杰教授学习苔藓学，使该所今日得以有这方面的人才。

　　张肇骞毕生从事植物科学的教学和研究工作。擅长植物分类学和植物区系研究，特别是对菊科、堇菜科、胡椒科进行了较系统深入的研究；对中国华南地区植物学研究的发展起到了重要作用，为发展我国植物科学和开发利用经济植物资源作出卓越贡献。1955年，担任广州华南植物研究所领导工作后，将中国科学院华南植物所由一个单一的植物分类学研究机构扩办成包括植物分类学、植物生态学、地植物学、植物生理学、植物生物化学等学科的综合性研究机构，协调江西、湖南、福建、广西、广东等华南地区的植物学研究工作。领导并参加华南热带、亚热带资源植物开发利用的综合性考察工作，积极寻找橡胶宜林地，发展橡胶生产。开发经济植物资源，为社会主义建设服务。

　　张肇骞忠诚于人民的科学事业。他为祖国培养人才甘当"人梯"的精神和深入基层、联系实际、严于律已、艰苦朴素的作风，都给人们留下了深刻的印象。在十年动乱时期，他即使遭到林彪、江青反革命集团的迫害，身体健康受到摧残。但他对党的信仰却坚定不移。为表达他对党组织的深厚感情，他从1968年开始，每月向党组织交纳党费一百元。 工作深入，联系实际，生活艰苦朴素，为人所称道。“文化大革命”中遭迫害。1972年1月16日在广州逝世，终年72岁。党和政府，以及科技界、教育界人士，深感惋惜。人们深切怀念他。他的"先天下之忧而忧，后天下之乐而乐"的可贵精神，正鼓舞着人们为祖国的物质文明和精神文明建设贡献力量。

治学严谨，编纂有《中国植物志·菊科》、《海南植物志》、《河北植物志》、《中国植物科属检索表》、《中国主要植物图说》等书，翻译达尔文的名著《攀援植物的运动和习性》，发表了《中国菊科植物的一些新种》。《千里光属及其近缘各属的新种》等20多篇学术论文。