張光北12歲時參加中央人民廣播電臺少年合唱團，1976年到中國人民解放軍北海艦隊服兵役。

1980年考入北京電影學(xué)院表演培訓(xùn)班，1982年考入中央戲劇學(xué)院表演系。在學(xué)校就讀期間，被導(dǎo)演謝晉選中在影片《芙蓉鎮(zhèn)》里飾演黎滿庚一角。

第十三屆全國政協(xié)文化文史和學(xué)習(xí)委員會委員。

1986年，大學(xué)畢業(yè)的張光北被分到北京電影制片廠工作。

1987年，張光北在歷史片《兩宮皇太后》中飾演恭親王奕忻，獲百花獎最佳男演員提名。

1988年，張光北在電影《弧光》中飾演心理醫(yī)生柳楷一角，獲得中國表演藝術(shù)學(xué)會學(xué)會獎；參演電影《嘩變》，扮演程喚。

1990年，參演電影《天邊有一簇圣火》飾演劉清澗。

1993年，參演電視劇《三國演義》，飾演呂布一角。

2000年，在電視劇《日出東方》中飾演蔣介石。2002年，參演孫儷、佟大為主演的電視劇《玉觀音》，出演邊小軍一角 。

2004年，由張光北擔(dān)任總制片人的紀(jì)念反法西斯戰(zhàn)爭勝利60周年電視劇《這里的黎明靜悄悄》在黑龍江拍攝。

2005年，與李幼斌、何政軍合作主演電視劇《亮劍》，飾演國民黨愛國軍人楚云飛 。

2007年7月，聯(lián)手李幼斌、何政軍出演《亮劍》的原班人馬打造的電視劇《仁者無敵》。

2010年，參演賈一平主演的反映豫商傳奇的電視劇《經(jīng)緯天地》，飾演楚陶朱。

2013年，主演反映林業(yè)發(fā)展的電視劇《山里娘們山里漢》，飾演父親“李松”；12月，與李誠儒聯(lián)袂主演話劇《王府井》，飾演的佟壽春與李誠儒飾演的王爺?shù)膶κ謶�，這是他的首部話劇作品。

2015年4月，出演電影《三體》中常偉思一角。

2016年，出演電視劇《紅旗漫卷西風(fēng)》，在劇中飾演革命導(dǎo)師秦聲達。

2018年2月8日，參演的電視劇《生死連2》在上海新聞綜合頻道播出。2月28日，參演的電視劇《最美的青春》在北京殺青。3月，參演電視劇《警官王快樂》。5月28日，參演電影《天下無拐》。

張光北和陳煒夫婦一直是娛樂圈的模范夫妻。當(dāng)年還在中央戲劇學(xué)院讀書時，陳煒與同班的鞏俐、金莉莉、伍宇娟、史可并稱中戲的五朵金花。那時候，還留著一頭長發(fā)的張光北也是學(xué)校里的風(fēng)云人物，兩人雖然互有好感，卻一直沒確定關(guān)系。直到畢業(yè)后一起合作拍戲時，兩人的關(guān)系才有了實質(zhì)性的進展。

他說：“當(dāng)年演那部戲的時候，組里的很多導(dǎo)演都覺得我們倆特別合適，就有意撮合我們。有一次我們倆有一場在上山的吻戲，導(dǎo)演說得一條過，他不喊停就不能停。然后我們就在山上忘情地吻了起來，吻了起碼三分鐘我才覺得有點不對勁，轉(zhuǎn)身一看，全劇組一百多號人都在后邊看著我們，全都笑翻了。不過通過這件事以后，我們的心反而更近了�！�

2008年，汶川地震之后，身為北京北廣傳媒影視有限公司老總的張光北與員工捐款100萬元人民幣給災(zāi)區(qū)，又以個人名義捐了一萬元人民幣 。

張光北在《芙蓉鎮(zhèn)》里飾演黎滿庚一角，細(xì)膩地刻畫出黎滿庚膽小懦弱、委曲求全的性格特征，雖然出場不多，但頗為引人注目。