張藝謀生於1951年11月14日，陜西西安人。父親張秉鈞，在新中國成立前曾當過國民黨軍需官，新中國成立前離開軍界，在陜西省財政廳當會計，新中國成立後，在省農林局下轄的壹所學校工作。母親張孝友，1955年畢業於西安醫科大學臨床醫學系，並留在醫學院第二附屬醫院皮膚科工作，他還有兩個弟弟，分別是張偉謀和張啟謀。
由於家庭原因，張藝謀從小便性格壓抑，沈默寡言。1968年初中畢業後在陜西乾縣農村插隊勞動，後在陜西鹹陽國棉八廠當工人。1978年，他考入北京電影學院攝影系，1982年畢業後任廣西電影制片廠攝影師。1984年他在拍攝影片《黃土地》中充分調動攝影手段，以獨特的造型表現出黃土高原的拙樸渾厚，於1985年獲第5屆中國電影金雞獎最佳攝影獎，法國第7屆南特三大洲國際電影節最佳攝影獎，第5屆夏威夷國際電影節東方人柯達優秀制片技術獎。1987年他主演了影片《老井》，同年獲第2屆東京國際電影節最佳男演員獎，1988年獲第8屆中國電影金雞獎最佳男主角獎、第11屆電影百花獎最佳男演員獎。1987年他導演的影片《紅高粱》，以濃烈的色彩、豪放的風格，頌揚了中華民族激揚的民族精神，融敘事與抒情、寫實與寫意於壹爐，發揮了電影語言的獨特魅力，於1988年獲第8屆中國電影金雞獎最佳故事片獎，第11屆電影百花獎最佳故事片獎，第38屆西柏林國際電影節最佳故事片金熊獎，第5屆津巴布韋國際電影節最佳影片獎、最佳導演獎、故事片真實新穎獎，第35屆悉尼國際電影節電影評論獎，摩洛哥第1屆馬拉卡什國際電影電視節導演大阿特拉斯金獎；1989年獲第16屆布魯塞爾國際電影節廣播電臺青年聽眾評委會最佳影片獎。1990年導演影片《菊豆》，同年獲法國第43屆戛納國際電影節首屆路易斯·布努埃爾特別獎，西班牙第35屆巴利亞多裏德國際電影節大獎——金穗獎、觀眾評選最佳影片獎，美國芝加哥國際電影節大獎——金雨果獎。1991年導演影片《大紅燈籠高高掛》，同年獲意大利第48屆威尼斯國際電影節銀獅獎、國際影評人協會大獎、金格利造型特別獎、艾維拉諾塔莉特別獎；1992年獲意大利全國奧斯卡獎(大衛獎)、最佳外語片大獎、意大利米蘭電影協會觀眾評議本年度外語電影第壹名大獎。1992年導演《秋菊打官司》，同年獲意大利第49屆威尼斯國際電影節金獅獎，1993年獲廣播電影電視部1992年優秀影片獎、榮譽獎。1998年導演影片《壹個都不能少》獲中國電影華表獎優秀故事片獎和優秀導演獎；1998年大學生電影節最佳故事片獎。1999年導演影片《我的父親母親》獲第20屆金雞獎最佳故事片獎和最佳導演獎；百花獎最佳故事片獎和最佳導演獎。2000年導演影片《幸福時光》，由趙本山、董潔主演，其中董潔是張藝謀通過互聯網選出的新壹代“謀女郎”。
2002年導演影片《英雄》，這是張藝謀第壹部古裝商業大片，全片明星陣容相當強大：李連傑、張曼玉、梁朝偉、章子怡、陳道明、甄子丹，主題曲演唱者為王菲。內地票房2?5億元人民幣，全球票房1?77億美元。該片獲2003年第53屆柏林國際電影節阿爾弗雷德·鮑爾特別創新作品獎，第60屆美國電影電視金球獎最佳外語片提名，第75屆奧斯卡金像獎最佳外語片提名，德國威斯巴登電影評價中心(FBW)“特別有價值”電影，香港電影金像獎最佳攝影、最佳美術設計、最佳服裝設計、最佳動作設計、最佳音樂、最佳聲音效果、最佳電腦設計等7項大獎。2004年導演影片《十面埋伏》，由劉德華、金城武、章子怡主演，內地票房1?5億元人民幣，全球票房9300萬美元。獲第11屆中國電影華表獎市場開拓獎、最佳女主角獎、優秀電影技術獎、優秀制片人獎，美國藝術導演協會傑出貢獻獎，美國國家影評人協會最佳導演獎，第62屆金球獎最佳外語片提名、第77屆奧斯卡金像獎最佳攝影提名，英國電影學院獎9項提名。
2005年導演影片《千裏走單騎》，主演是張藝謀年輕時的偶像、日本老牌影帝高倉健。該片感情深沈而豐富，感人至深，榮獲華表獎優秀故事片獎。
2006年導演影片《滿城盡帶黃金甲》，由周潤發、鞏俐、周傑倫、劉燁主演。這部影片是國產片票房紀錄保持者，獲得了奧斯卡最佳服裝設計提名、香港電影金像獎4項大獎。該片是張藝謀和鞏俐分手11年後的首次合作，周傑倫為該片創作了膾炙人口的主題歌《菊花臺》。除電影外，張藝謀“副業”頗多。他執導過歌劇（《圖蘭朵》《秦始皇》）、芭蕾舞劇（《大紅燈籠高高掛》）、大型山水實景演出（“印象”系列），拍過北京申奧和上海申博的官方宣傳片，拍過北京奧運會會徽、火炬宣傳片，給豐田威馳拍廣告，擔任網絡遊戲《十面埋伏OL》的藝術總監……張藝謀說，人的潛力是無限的，壹個人就像橡皮筋壹樣，需要不斷地拉，在這個過程中挑戰自己的極限，不斷擴展自己的能力。張藝謀自我評價是壹個很勤奮的導演，在同事眼中，他是壹個很低調、平和的人。
2008年他成為北京奧運會開閉幕式總導演，較完美地展示了中國文化，獲得國內外壹致好評。2008年，他被中***中央國務院評為北京奧運會、殘奧會先進個人。2008年11月7日，他在北京電影學院被波士頓大學宣布授予“人文藝術榮譽博士學位”，成為中國第壹位獲得該校“榮譽博士”的中國電影人。