一九五七年六月十五日，张铁林在河北省唐山市出生，他的童年和少年时光主要在陕西省西安市度过。一九七三年，他响应国家号召，参加了上山下乡运动，成为一名插队知青，在农村度过了数年时光。一九七六年，他得以返回城市，并在当时找到了一份搬运工的工作。两年后，即一九七八年，他凭借自身努力成功考入北京电影学院表演系，接受了系统的专业训练。一九八二年，从北京电影学院毕业后，他被分配至天津广播电视艺术团，开始了早期的演艺工作。一九八七年，为了进一步深造和拓展视野，他选择远赴英国留学，开启了海外求学的生涯。
一九七九年，当时还是大学二年级学生的张铁林，有幸参与了中国中央电视台制作的首部单集电视剧《有一个青年》的拍摄工作，并在其中担纲男主角顾明华一角，由此正式开启了其演艺生涯。一九八三年，他获邀出演由香港著名导演李翰祥执导、梁家辉与刘晓庆联袂主演的历史题材电影《火烧圆明园》，在片中饰演爱新觉罗·奕訢这一重要角色；同年，他又与演员龚雪合作，共同主演了剧情电影《大桥下面》，饰演男主角高志华，该片因其出色的艺术表现荣获了文化部颁发的故事片一等奖，取得了广泛的社会反响。一九八四年，张铁林再度与龚雪携手，参与了电影《多彩的晨光》的拍摄，在片中他生动塑造了林礼双这一人物形象。一九八七年，张铁林选择远赴英国深造，在完成学业并经过四年半的学习后，他凭借优秀的表现得以留校任教。在此期间，他不仅为英国广播公司（BBC）拍摄了多部纪录片，还曾担任好莱坞知名导演乔治·卢卡斯在作品《夺宝奇兵》中的副导演，积累了丰富的国际制作经验；由他执导的短篇故事片《外国人》更获得了英国电影学院颁发的青年导演奖，展现了其在创作领域的才华。一九九零年，在海外积累了相当的艺术与实践经验后，张铁林决定前往香港寻求进一步发展，其工作重心主要集中在武侠片类型，同时也涉足节目主持、剧本编写等多个相关领域，从而进一步拓宽了自己的职业道路；九十年代初期，他正式加入了由徐克创立的香港电影工作室。在随后的数年间，张铁林接连出演了多部颇具影响力的武侠电影作品。一九九二年，他在作品《黄飞鸿之男儿当自强》中成功塑造了革命先驱孙中山先生的形象。一九九三年，他又在电影《新仙鹤神针》中饰演了曹雄一角，并且通过此次合作，首次获得了与著名演员梁朝伟同台演出的宝贵机会。一九九五年，张铁林参与了动画电影《狮子王2》的配音工作，为片中主角辛巴献声。至一九九六年，随着凤凰卫视中文台的开播，张铁林开始在该台主持一档名为《电影世界》的节目，进一步展现了其在荧幕前的多样才能。
在1998年至2001年期间，张铁林凭借多部收视表现优异的古装电视剧取得了显著的成绩，他所塑造的角色深入人心，尤其擅长演绎那些威严稳重的长者形象，例如皇帝等地位尊崇的人物。1998年，他与林心如、苏有朋共同主演了古装清朝喜剧《还珠格格第一部》，在剧中生动诠释了“皇阿玛”乾隆皇帝一角，由此为广大观众所熟知和喜爱。进入2000年，由他主演的古装剧《铁齿铜牙纪晓岚》正式播出，他与张国立、王刚三人默契配合，形成了备受观众赞誉的“铁三角”组合，该剧收获了诸多好评，也成为张铁林演艺生涯中的一部经典代表作。此后，张铁林在《还珠格格第二部》和《铁齿铜牙纪晓岚》系列作品中继续出演乾隆皇帝，进一步巩固了这一形象在观众心中的地位。与此同时，张铁林也逐步涉足电视剧的幕后工作，曾担任电视剧《铁齿铜牙纪晓岚2》的制作人，并出任电视剧《铁齿铜牙纪晓岚3》的总策划，展现出其在影视制作领域的多元才能。2001年，张铁林参演了由张卫健、严宽、苏有朋主演的古装喜剧《少年张三丰》，在剧中饰演了澄空这一角色，再次展现了其在不同喜剧风格中的表演灵活性。
在成功塑造了多个令人印象深刻的古装剧角色并由此获得广泛关注后，其演艺事业持续发展，陆续出演了多部不同类型的电视剧作品，均赢得了观众的普遍认可与喜爱。2002年，他参与了由苏有朋与贾静雯联袂主演的金庸武侠巨制《倚天屠龙记》，在剧中诠释了“光明左使”杨逍这一重要角色。次年8月，他加盟了由焦恩俊、胡静领衔主演的古装神话剧《十八罗汉》，于剧中扮演一位德高望重的老方丈。2003年9月，由“铁三角”组合张国立、张铁林、王刚，以及知名演员邓婕、苗圃等人共同主演的三十集写实主义题材大戏《五月槐花香》在北京正式宣布开机。进入2004年，他与李立群、李诚儒合作，主演了以古玩收藏为背景的电视剧《人生几度秋凉》，饰演角色富嗣隆，并亲自献唱了该剧的片尾曲；同年8月，他与斯琴高娃、温峥嵘一同投身于一部历史古装剧《无字碑歌》的拍摄，在剧中饰演唐朝皇帝唐高宗李治；10月，他又在吴京、袁咏仪、淳于珊珊主演的动作题材剧集《南少林三十六房》中，挑战演绎了清朝雍正皇帝这一角色。也是在这一年，他在赵文瑄主演的另一部古装剧《大唐芙蓉园》中，塑造了唐代大诗人李白的形象。2005年11月，他出演了由保剑锋与金巧巧主演的古装励志剧《薛仁贵传奇》，在剧中饰演李道宗一角。 2006年，他与孙兴、曹颖联合主演了一部古装喜剧《铁将军阿贵》，在剧中化身乾隆皇帝。到了第二年，他参演了由唐国强、聂远担纲主演的历史正剧《贞观长歌》，饰演了隋末唐初的名将罗艺。2008年，他主演了一部情感题材的电视剧《非常夫妻》。2009年，他与郭富城、郝蕾合作，主演了一部清朝背景的剧情电影《白银帝国》，在片中扮演康老太爷。2010年，他挑大梁主演了一部人物传记题材的电视剧《黄炎培》，在剧中饰演中国近现代著名的爱国主义者和民主主义教育家黄炎培，不过其自身特质与角色之间仍存在一定的局限性。同年，他还参与了由胡歌、陈意涵主演的青春励志时尚剧《摩登新人类》的拍摄，在剧中饰演谢非凡的父亲谢雷震。 2011年，他参演了一部历史古装剧《新水浒传》，在剧中饰演了那位不慎放走“伏魔之殿”内镇压的一百单八天罡地煞魔星的洪太尉。2012年，他在一部历史传奇古装剧《穆桂英挂帅》中饰演了宋真宗赵恒；同年，他与王志文、霍建华共同主演了一部聚焦医疗领域的行业剧《感动生命》；也是在这一年，他主演了一部革命史诗历史剧《红军东征》，在剧中饰演伟大领袖毛泽东，这次演出被视为其艺术生涯中一次极为重要且具有里程碑意义的艺术实践。此外在2012年，他还参与了由廖京生、高云翔主演的抗战题材剧《刀影》的拍摄，在剧中饰演国军师参谋彭振山，并通过自己的理解和改编，使这一人物的性格层次更加丰富鲜明。 2014年，他迎来了职业生涯的一次重要转型，不仅担纲主演，更首次出任总导演，执导了一部历史题材剧集《文房四宝》，该剧以“中国文房四宝之乡”——安徽宣城为地理背景，深度融入了“徽文化”与“徽商”的精神内涵。2015年之后，他依然活跃在公众视野中，除了影视创作，也频繁参与各类综艺节目的录制，并偶尔回归话剧舞台进行演出。2016年10月，他受邀作为嘉宾出席了北京卫视的书画鉴赏类文化节目《我爱书画》。2017年1月，他参加了在北京举行的优秀华语网络影视作品推介会。2018年2月，他登上了湖南卫视的声音魅力竞演秀节目《声临其境》。2019年10月，他出演的电影《小山河》顺利杀青。 2021年4月，他正式宣布加盟一档综艺节目《我是女演员》。2022年4月10日，由他主演的电视剧《老家伙》宣布开机；同年8月5日至6日，由张铁林、张国立、王刚这组初代影视荧幕“铁三角”男团主演的话剧《断金》在厦门闽南大戏院隆重上演，这也是三位老友多年后首次在戏剧舞台上重聚，引发了广泛关注。10月，由张铁林亲自担任编剧、导演并主演，根据同名电影改编的荒诞喜剧《椅子》宣布，将于11月2日至6日在中国国家话剧院进行首演。11月30日，他参演的电视剧《星河长明》正式首播。2023年11月11日，他确定将参加一场别开生面的唐诗交响吟诵音乐会《长·安》。 进入2024年，其作品持续与观众见面，5月14日，由他主演的电视剧《老家伙》播出；紧接着在5月27日，其主演的另一部电视剧《末代厨娘》也相继播出。展望未来，他已确定参演的电影M《小山河》预计将于2025年10月18日正式上线。
一九八七年，张铁林前往英国留学深造。在此期间，他因工作机缘结识了一位波兰裔的英国电影人，两人逐渐建立起感情并最终步入婚姻殿堂。然而，这段婚姻仅维持了一年左右；随着张铁林决定回国发展事业，双方经过友好协商，最终选择了平和分手。婚后两人育有一女，名为张月亮，女儿此后一直跟随母亲在英国生活成长。直到二零一四年八月，张铁林携女儿张月亮共同亮相深圳卫视，参与录制了一档真人秀节目《极速前进》，这也是父女二人少有的同台公开露面。
二零一六年，备受关注的“非婚生女儿”起诉演员张铁林一案正式宣判。此后，原告方再次向法院提出申请，要求对此案进行公开审理，其核心诉求主要围绕女儿抚养费的支付问题展开。同年七月十二日上午，该案于北京市朝阳区人民法院酒仙桥人民法庭首次开庭。随后在七月二十六日下午十三点四十分，张铁林与其“私生女”张某之间的纠纷案于同一法庭正式进入审理程序。经过法庭调查与辩论，朝阳法院作出一审判决，判定被告张铁林需一次性向原告张某支付其直至十八周岁为止的抚养费，总计人民币一百九十八万四千元。根据后续情况，该判决目前已发生法律效力，且张铁林方面已经依照判决内容，实际履行了相应的付款义务。
从星光熠熠、偶像汇聚的《还珠格格》，到底蕴深厚、文化气息浓郁的《铁齿铜牙纪晓岚》，张铁林的演艺生涯跨越了不同类型的经典作品。尤其是在《铁齿铜牙纪晓岚》系列中的精彩表现，使他与王刚、张国立结成了观众心目中无可替代的“铁三角”组合，给一代人留下了深刻的记忆。如今，张铁林除了持续活跃于荧幕之外，还肩负起艺术院校院长的职责，将大量精力投入艺术人才的培养与教育事业中，在表演实践与理论教学之间搭建起桥梁。尽管他在多个领域均有所涉猎并取得了不俗的成就，但张铁林本人却并不倾向于简单地用“成功”二字来概括或定义一个人的一生。他更愿意这样表达自己的看法：“我认为人生本质上就是生活，生活则是一个漫长而连续的过程，关键在于如何把握和体验这个过程，并努力在其中的每一个阶段都做到内心坦然、无愧于心。”