1920年，张学森出生在辽宁省沈阳市，母亲是张作霖五夫人寿懿。1943年，张学森经白尔介绍（
张学良的专机驾驶员），进入美国西部的康德鲁茨空军军官学院留学。1945年春天，张学森学成回国。1948年春天，张学森随母亲寿氏飞往中国台湾寻找张学良在中国台湾的踪迹。1962年，张学森去中国台湾台北北投与张学良见面。1993年，张学森和张学良家
欢聚集团。1995年8月下旬，张学森在夏威夷接到北京发来的有关回国参加“海内外抗日将领、爱国人士及亲属纪念抗日战争胜利50周年座谈会”的邀请函，随后张学森在北京座谈会结束后，在祝酒会上为朋友们演唱京剧《空城计》。当晚十时许，张学森突发
冠状动脉粥样硬化性心脏病，医院全力抢救无效，张学森病逝于北京医院。此外，张学森还曾得到邓小平与杨尚昆的接见。
1920年，张学森出生在辽宁省沈阳市，母亲是
张作霖五夫人寿懿。小时候，张学森比较淘气，作为
张学良的四弟，张学森从小与张学良的关系密切，也是张学良去美国后接触最多的弟弟。
1943年，张学森经白尔介绍（张学良的专机驾驶员），进入美国西部的康德鲁茨空军军官学院留学。1945年春天，张学森学成回国。1948年春天，张学森随母亲寿氏飞往中国台湾，随后张学森托关系，利用休假驱车到
台北市的郊区寻找张学良在中国台湾的踪迹。1962年夏天的一个上午，张学森得到
何世礼（张学良旧部）告知的消息，军统当局同意他及母亲
张寿懿等可以去中国台湾台北北投与张学良见面，这是他们长达三十年阔别后的第一次重逢。从这次见面后，在很长的一段时间内，张学森仍然不能和大哥随便接触。1966年，寿夫人在中国台湾病故后，张学森一家前往
美国定居。1993年，
张学良第二次去美国探亲，张学森和他的一家人为张学良在夏威夷安度晚年创造条件，为张学良夫妇办好了在美国长期定居的“绿卡”。张学良初到夏威夷时，与张学森住在一起。后来，张学森一家经常到张学良家欢聚，他们是在美国来往最密切的亲人。张学森经常与大哥张学良在一起品茗听戏、闲话家常。有时，喜欢
京剧的张学森与他的大哥张学良在面向大海的房间里吟唱几段折子戏。此外，张学森还曾得到邓小平与杨尚昆的接见。
1995年8月下旬，张学森在夏威夷接到北京发来的有关回国参加“海内外抗日将领、爱国人士及亲属纪念抗日战争胜利50周年座谈会”的邀请函后，在临行前，张学森向大哥
张学良辞行，这是他们今生的诀别。张学森在北京座谈会结束后，于当晚在主办单位为从海外归来的著名人士举行盛大的庆祝酒会上，为朋友们演唱
京剧《
空城计》。当晚十时许，张学森突发
冠状动脉粥样硬化性心脏病，医院全力抢救无效，张学森病逝于北京医院。
张学森在八九岁时见父亲及家中大人及客人每从仪门走过，仪门的卫兵总是立正敬礼。觉得好玩，就在仪门那儿来回跑。一日故意将卫兵的枪碰倒了，枪刺把他的脚面划破点皮儿。耍赖骂卫兵，没想到惊动了父亲。
张作霖问明情况气得脱下军鞋，将小学森摁倒在仪门，当着卫兵的面狠狠地用鞋底抽了他一顿，并当场让他给卫兵道歉。因为张作霖爱子但不袒护，后来有人也称仪门为“教子门”。