原名張端緒。1910年1月9日生於四川達縣羅江口鎮張家溝。1925年在達縣中學讀書時積極參加學生運動和農民運動。1926年加入中國共産主義青年團。1928年轉入中國共産黨。1929年在四川、上海從事秘密工作，曾任中共支部書記、縣委委員。同年12月赴江蘇如皋參加中國工農紅軍，在第14軍歷任排長、政治指導員、營長、大隊政治委員。1930年冬起任共青團閩西特委常委、宣傳部部長，中央局秘書長，江西省委常委、宣傳部部長，少年先鋒隊中央總隊長，中華蘇維埃共和國中央候補執行委員。曾編輯團中央機關報《青年實話》，主編少先隊中央總隊部機關刊物《少年先鋒》。1934年春入中國工農紅軍大學學習，同年秋起任紅3軍團第4師團政治委員、師政治部主任。長征中先後任紅3軍團第11、第13團政治委員，率部參加奪佔婁山關、攻克遵義城、堅守老鴉山等戰鬥。到達陜北後，任軍委騎兵團政治委員。1936年夏入抗日紅軍大學學習，畢業後任抗日軍政大學教員。

　　抗日戰爭初期，任中共江浙省委軍委書記、豫皖省委書記、八路軍武漢辦事處高級參謀。1939年7月調任任八路軍、新四軍皖東北辦事處處長。12月任新四軍第6支隊第4總隊總隊長兼政治委員，率部與八路軍南進支隊、蘇魯豫支隊一部挺進蘇皖邊區敵後開闢抗日根據地。1940年8月任八路軍第5縱隊第3支隊司令員。1941年皖南事變後，八路軍第5縱隊改編為新四軍第3師，任第9旅旅長、3師副師長兼蘇北軍區副司令員。1944年9月任新四軍第4師師長兼淮北軍區司令員，指揮所部進行了打破日偽軍蠶食、擴大解放區的多次戰鬥，並在日本投降前展開大反攻，收復蘇北大片失地。解放戰爭初期，任華中軍區副司令員。因在指揮作戰中負重傷，赴蘇聯治療。1949年回國後參加渡江戰役，並奉命組建華東人民海軍，任華東軍區海軍司令員兼政治委員，創辦《人民海軍報》和《海軍畫報》，為人民海軍的創立做出貢獻。後任第7兵團兼浙江軍區司令員、華東軍區暨第三野戰軍參謀長，參與指揮解放浙江沿海島嶼。

　　1954年8月任浙東前線司令員兼政治委員。1955年1月成功地組織了人民解放軍首次陸海空聯合登陸作戰，解放一江山島，為人民解放軍的現代化聯合渡海登陸作戰積累了寶貴經驗。同年秋出任人民解放軍副總參謀長。後兼國防工業辦公室副主任，國防科學技術委員會副主任、主任，國家科委第一副主任，中央軍委科技裝備委員會主任，領導戰略武器和常規武器的研究、試驗與生産，成功地組織了中國第一顆原子彈爆炸試驗。1975年後，排除江青反革命集團的干擾，整頓國防科研事業和國防工業，領導並組織中遠程、洲際、潛地核彈道導彈和偵察通信衛星的研製與試驗工作。在擔任國防科學技術和國防工業領導期間，經常深入科學試驗第一線調查研究，及時協調和解決研製工作中存在的各種矛盾和問題，對發展和改進我軍現代化武器裝備，特別是戰略導彈力量和航天事業的建立與發展做出重要貢獻。1980年後，歷任國務院副總理、國務委員兼國防部部長、中共中央軍委副秘書長。

    是中共第八屆中央候補委員(1958年補選)，第十一、第十二屆中央委員，第一至第三屆國防委員會委員。1987年被選為中共中央顧問委員會常務委員。

    1955年被授予上將軍銜，獲一級八一勳章、一級獨立自由勳章和一級解放勳章。1988年獲一級紅星功勳榮譽章。

    2003年7月5日在北京逝世。

    主要著作收入《張愛萍軍事文選》(1994)。出版有《神劍之歌——張愛萍詩詞、書法、攝影選集》(1992)、《張愛萍墨跡》(1995)。