1933年12月13日，张焕乔（幼名泰亨）出生于四川省巴县土主场（现重庆市沙坪坝区）毛家岗。
1946年夏，考入重庆市巴蜀中学，初中时得益于数学老师蔡嗣静的启蒙教育，在高中受到数学老师吴常健、物理老师董贞熙和化学老师王正文的指导，使他对数理化学科产生兴趣。
1952年，考入武汉大学物理系，二年级时是获各科满分的4位学生之一。
1955年秋，国家为发展原子能事业，决定从几所重点大学物理系选调近百名高年级学生去北京大学物理研究室学习，由武汉大学调选10名学生，张焕乔被选中，实现了他想学核物理专业的梦想（武汉大学没有该专业）。
1956年，从北京大学物理系毕业，被分配到中国科学院物理研究所（现中国科学院原子能研究所），在戴传曾领导下从事中子物理实验研究。
1958年10月，被派往前苏联科学院库尔恰托夫原子能研究所实习，师从M·彼伏日涅耳。
1960年1月，从前苏联回国负责将一台晶体谱仪改建成中子衍射仪；9月，由中子衍射组调到裂变物理组，在何泽慧领导下承担235U、238U和239Pu重核裂变中子谱平均截面的测量任务，完成异形钋α源强度与均匀性的测量。
1965年底，承担检验国产核石墨性能，为天然铀石墨生产堆的安全运行提供必要的数据。
1982年1月，应邀访问意大利国家核物理研究院里亚洛国家实验室，参加在XTU-16串列加速器上的重离子融合反应实验研究，建成静电偏转分离器，负责完成了重离子融合反应的检验实验 [2]。
1984年2月，回国后提出开展垒下重离子融合裂变反应碎片角分布的研究，计划开展重离子融合裂变中子多重性和垒下重离子融合反应激发函数这两个研究课题 [1]。
1984年—2000年，担任中国原子能科学研究院科学技术委员会委员。
1993年—1994年，在意大利里亚洛国家实验室工作访问。
1993年—2000年，担任中国原子能科学研究院核物理研究所科学技术委员会主任 [3]。
1997年，当选为中国科学院院士 [4]。
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