1908年10月10日，张明觉出生于中国山西岚县。

1929年，从太原第一师范学校毕业。

1933年，清华大学毕业后留校任助教。

1937年7月7日，卢沟桥事变爆发，日本侵略军占领了北平，张明觉跟随清华大学内迁到长沙，成为叶公超先生的打字生。

1938年，赴英国剑桥大学深造。

1941年，获英国剑桥大学博士学位。

1941年，任英国剑桥大学研究员。

1945年，赴美入马萨诸塞前伊斯特基金会生物研究所工作。

1952年，加入美国籍。

1954年，任马萨诸塞前伊斯特基金会生物研究所高级科学家。

1968年，剑桥大学授予张明觉科学博士学位。

1970年，任马萨诸塞前伊斯特基金会生物研究所首席科学家。

1972年7月，受中国政府邀请，随从以任之恭、林家翘为团长的美籍中国学者参观团第一次回到了的中国，受到周恩来总理的亲切接见。

1979年，接受了上海生理研究所授予的名誉博士学位。

1980年，和陈省身、林同炎、杨振宁等数十位学者在美国编纂出版《科学导报》；同年，参加在北京、上海，广州举行的生育调节进展国际学术讨论会。

1982年，任马萨诸塞前伊斯特基金会生物研究所首席荣誉科学家；同年，获英国诺丁汉大学名誉科学博士，同年又获美国乌斯托综合科技研究所名誉科学博士学位。

1991年6月5日，病逝于美国。

1994年，依照张明觉先生遗愿，他的骨灰安葬于家乡艾蒿沟，魂归故里。

20世纪50年代初，张明觉与人合作共同发明了以甾体激素为基础的口服避孕药。

1950年，他成功地移植了兔的受精卵，提出卵龄和子宫内膜发育必须“同步化”的概念，为家畜的胚胎移植和良种培育提供了理论根据。

1951年，他发现“精子获能”的生理现象，同年澳大利亚学者奥斯汀博士也在实验中发现相同现象。国际生理学界把他们俩的研究成果命名为“张—奥原理”。这一现象的发现解开了精卵受精之谜，为哺乳类卵子体外受精成功奠定了理论基础。

此外，张明觉还直接参与和指导了多项重要研究。如翌日清晨丸的研制（供妇女房事后服用），避孕药作用机理的研究，放射线对胚胎发育的影响，动物卵胚胎移植以及为农业部动物育种咨询服务等。

张明觉鼓励下属大胆摸索创新。不可思议、近于狂想的主意他也不反对，但他不原谅实际上的愚蠢设计和疏忽。

张明觉多次来华讲学，并邀请中国青年科研人员到他的实验室工作。1979年他向清华大学、山西大学和故乡岚县捐款作为奖学金，培养优秀人才。

1951年起，张明觉兼任波士顿大学生物学教授。

1978年，应聘任中国科学院上海生理研究所名誉教授。

张明觉祖父在清朝曾考中秀才，父亲在辛亥革命前肄业于山西大学。民国初年，其父任岚县县长。

张明觉有一子三女。其长女张燕林系张明觉与原配夫人李民淑所生，定居中国；儿子张板桥和次女张乐地、三女张品梅，系张民觉与美籍夫人陈川宇（伊莎贝）所生，定居美国。

张明觉为体外受精研究的先驱和权威。（清华校友总会评）

他（张明觉）是试管婴儿实验的先驱。（《统一战线工作手册》评）

他（张明觉）不仅是一位对人类作出重大贡献的科学家，而且也是一位爱国者和道德高尚的人。（《世界医学》评）

张明觉博士虽然身居海外，却心系祖国，情系家乡。（吕梁新闻网评）

1978年，英国两位医生在试管里培养成活了人的受精卵，移植到供卵妇女的子宫后，生出了世界上第一个“试管婴儿”，为了纪念张氏在体外受精和卵子移植技术上开创的功绩，新闻界把这个女孩子称为“张明觉的女儿”。