1908年10月10日，張明覺出生于中國山西嵐縣。

1929年，從太原第一師范學(xué)校畢業(yè)。

1933年，清華大學(xué)畢業(yè)后留校任助教。

1937年7月7日，盧溝橋事變爆發(fā)，日本侵略軍占領(lǐng)了北平，張明覺跟隨清華大學(xué)內(nèi)遷到長沙，成為葉公超先生的打字生。

1938年，赴英國劍橋大學(xué)深造。

1941年，獲英國劍橋大學(xué)博士學(xué)位。

1941年，任英國劍橋大學(xué)研究員。

1945年，赴美入馬薩諸塞前伊斯特基金會生物研究所工作。

1952年，加入美國籍。

1954年，任馬薩諸塞前伊斯特基金會生物研究所高級科學(xué)家。

1968年，劍橋大學(xué)授予張明覺科學(xué)博士學(xué)位。

1970年，任馬薩諸塞前伊斯特基金會生物研究所首席科學(xué)家。

1972年7月，受中國政府邀請，隨從以任之恭、林家翹為團(tuán)長的美籍中國學(xué)者參觀團(tuán)第一次回到了的中國，受到周恩來總理的親切接見。

1979年，接受了上海生理研究所授予的名譽(yù)博士學(xué)位。

1980年，和陳省身、林同炎、楊振寧等數(shù)十位學(xué)者在美國編纂出版《科學(xué)導(dǎo)報》；同年，參加在北京、上海，廣州舉行的生育調(diào)節(jié)進(jìn)展國際學(xué)術(shù)討論會。

1982年，任馬薩諸塞前伊斯特基金會生物研究所首席榮譽(yù)科學(xué)家；同年，獲英國諾丁漢大學(xué)名譽(yù)科學(xué)博士，同年又獲美國烏斯托綜合科技研究所名譽(yù)科學(xué)博士學(xué)位。

1991年6月5日，病逝于美國。

1994年，依照張明覺先生遺愿，他的骨灰安葬于家鄉(xiāng)艾蒿溝，魂歸故里。

20世紀(jì)50年代初，張明覺與人合作共同發(fā)明了以甾體激素為基礎(chǔ)的口服避孕藥。

1950年，他成功地移植了兔的受精卵，提出卵齡和子宮內(nèi)膜發(fā)育必須“同步化”的概念，為家畜的胚胎移植和良種培育提供了理論根據(jù)。

1951年，他發(fā)現(xiàn)“精子獲能”的生理現(xiàn)象，同年澳大利亞學(xué)者奧斯汀博士也在實驗中發(fā)現(xiàn)相同現(xiàn)象。國際生理學(xué)界把他們倆的研究成果命名為“張—奧原理”。這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)解開了精卵受精之謎，為哺乳類卵子體外受精成功奠定了理論基礎(chǔ)。

此外，張明覺還直接參與和指導(dǎo)了多項重要研究。如翌日清晨丸的研制（供婦女房事后服用），避孕藥作用機(jī)理的研究，放射線對胚胎發(fā)育的影響，動物卵胚胎移植以及為農(nóng)業(yè)部動物育種咨詢服務(wù)等。

張明覺鼓勵下屬大膽摸索創(chuàng)新。不可思議、近于狂想的主意他也不反對，但他不原諒實際上的愚蠢設(shè)計和疏忽。

張明覺多次來華講學(xué)，并邀請中國青年科研人員到他的實驗室工作。1979年他向清華大學(xué)、山西大學(xué)和故鄉(xiāng)嵐縣捐款作為獎學(xué)金，培養(yǎng)優(yōu)秀人才。

1951年起，張明覺兼任波士頓大學(xué)生物學(xué)教授。

1978年，應(yīng)聘任中國科學(xué)院上海生理研究所名譽(yù)教授。

張明覺祖父在清朝曾考中秀才，父親在辛亥革命前肄業(yè)于山西大學(xué)。民國初年，其父任嵐縣縣長。

張明覺有一子三女。其長女張燕林系張明覺與原配夫人李民淑所生，定居中國；兒子張板橋和次女張樂地、三女張品梅，系張民覺與美籍夫人陳川宇（伊莎貝）所生，定居美國。

張明覺為體外受精研究的先驅(qū)和權(quán)威。（清華校友總會評）

他（張明覺）是試管嬰兒實驗的先驅(qū)。（《統(tǒng)一戰(zhàn)線工作手冊》評）

他（張明覺）不僅是一位對人類作出重大貢獻(xiàn)的科學(xué)家，而且也是一位愛國者和道德高尚的人。（《世界醫(yī)學(xué)》評）

張明覺博士雖然身居海外，卻心系祖國，情系家鄉(xiāng)。（呂梁新聞網(wǎng)評）

1978年，英國兩位醫(yī)生在試管里培養(yǎng)成活了人的受精卵，移植到供卵婦女的子宮后，生出了世界上第一個“試管嬰兒”，為了紀(jì)念張氏在體外受精和卵子移植技術(shù)上開創(chuàng)的功績，新聞界把這個女孩子稱為“張明覺的女兒”。