美国国籍，物理学家。1963年2月生于上海。1987年获得美国石溪大学博士学位。2011年当选为美国艺术与科学院院士。 

半个世纪以来，摩尔定律见证了人类信息技术发展的历程，但由于半导体技术逐渐逼近硅工艺尺寸的极限，能耗与散热等已成为进一步发展的制约因素。2006年，张首晟领导的研究团队针对这一重大技术问题提出了基于电子自旋的“量子自旋霍尔效应”。量子自旋霍尔效应是关于电子运动的一个新规律，即电子自转方向与电流方向之间的规律。利用该规律可使电子有序地运动，从而大大降低能量耗散，并有可能研制出新的工作原理的计算机芯片，从而促进信息技术的进步。在此基础上，张首晟发展了能够实现这种新运动规律的一类新奇量子材料－拓扑绝缘体，是这个领域的开创者之一。

张首晟积极参与祖国教育与科研事业，20多年来与国内高校及科研院所一直保持着非常密切的合作。在推动国内基础研究、人才培养和学术交流等诸多方面发挥了重大作用。在他的直接带领与推动下，中科院物理所、清华大学、上海交通大学等单位很早就开始了拓扑绝缘体研究，这使得中国一直是该领域国际上的研究中心之一。2009年，他与中科院物理所方忠等合作，预言了三种拓扑绝缘体材料（Bi2Se3、Bi2Te3 和Sb2Te3），这是材料物理领域的一个重大进展。他与清华大学薛其坤等开展了理论与实验的紧密合作，制备出高质量的材料，在拓扑绝缘体基本性质研究方面取得了一系列开创性成果，并于2013年在反常霍尔效应被发现130多年后发现量子反常霍尔效应，这是国际物理学界最近的重大科学突破之一。因他在拓扑绝缘体领域的杰出贡献和对中国该领域发展起到的奠基作用，他于2011年获得中国“求是”杰出科学家奖。他与国内合作论文有30多篇， 包括Science (4篇)、Nat. Phys. (2篇)和PRL (4篇)。自从2009年以B类“千人计划”学者加入清华大学以后，他用每年至少三个月的时间投入清华大学的人才培养和科学研究。他不但亲自指导本科生、研究生的科研，还开办各种强化课和讲座，全方位参与学校发展，为我国培养了一批优秀青年人才。