中國物理學傢。生於福建惠安，卒於北京。1931年畢業於燕京大學物理學系，1933年獲該校碩士學位。1935年赴英，在劍橋大學卡文迪什實驗室師從E.盧瑟福研究核子物理，1938年獲博士學位。同年年底回國，先後在四川大學、南開大學和西南聯合大學任物理學教授。1943～1949年任美國普林斯頓大學帕爾麥實驗室研究教授。1949～1956年任美國普渡大學物理學教授。1956年回國，任中國科學院近代物理研究所和原子能研究所研究員兼室主任。1961年任蘇聯杜佈納聯合核子子研究所的中國組長，並領導一個聯合研究組。1964年回國，任原子能研究所副所長。1972年組建高能物理研究所，任所長，並曾兼任高能物理實驗中心籌備處主任。1984年任該所名譽所長。他多年任《中國科學》和《科學通報》的正副主編、中國核學會名譽理事。1957年當選為中國科學院學部委員（院士）。
張文裕在卡文迪什實驗室從事核反應研究，驗證瞭N.玻爾的液滴模型，觀察到一些重要的光激放射性現象的反應過程。在帕爾麥實驗室的7年間，他和合作者建造瞭α粒子能譜儀，測量瞭多種放射性元素的α粒子能譜；最為重要的是，他發現瞭μ介原子（μ子），在國際上被稱為“張原子”或“張輻射”，從而開創瞭奇異原子研究的新領域。在普渡大學期間，他系統研究瞭大氣貫穿簇射，並對Λ0奇異粒子作瞭全面研究。回國後，籌建雲南高山宇宙線實驗室，培養瞭一批宇宙線研究人才。在杜佈納聯合核子研究所期間，領導研究中子照射丙烷氣泡室產生的粒子及其衰變性質，特別是在Λ0超子與核子散射方面作出一定貢獻。
張文裕重視實驗科學和實驗基地的建設，為中國高能物理的發展、北京正負電子對撞機的建成奠定瞭堅實基礎，同時培養瞭大批核科學人才。