张末出生于陕西省西安市，她在上小学和初中时，就有多篇文章相继在《中国少年报》、《家庭教育》等杂志和《钱江晚报》、《南方周末》等报刊上发表，而她所收到第一篇文章稿费则只有30元钱。
张末16岁时，考入美国哥伦比亚大学建筑系；之后，她得到李安的推荐，在纽约大学电影学院编剧导演专业攻读研究生学位；在校期间，她一边上课、一边写一本关于自己家庭的书，书名则与父亲张艺谋执导的电影《我的父亲母亲》同名。
2010年，担任爱情电影《山楂树之恋》的副导演、剪辑师、字幕师。
2011年，在根据严歌苓同名小说改编的战争电影《金陵十三钗》中，担任副导演、剪辑师、字幕师；此外，她还在电影《金陵十三钗》拍摄时，全程负责与演员之间的沟通工作，并担任克里斯蒂安·贝尔的翻译和私人助理；同年，其执导的电影《山楂树之恋》获得“华表奖”优秀故事片奖。
2013年，在陈道明、巩俐、张慧雯主演的文艺电影《归来》中，担任剪辑师、字幕师，并负责影片字幕的翻译工作。2014年5月，随电影《归来》剧组一同出席“第67届戛纳电影节”。
2016年，执导奇幻爱情喜剧电影《28岁未成年》，并担任该片的编剧，而这也是她的导演处女作，该片最终以1.29亿元票房收官。
2017年1月，凭借执导电影《28岁未成年》获得“第十届中国银幕风云榜”年度新人导演奖。
2018年9月8日，凭借指导电影《28岁未成年》获得“第十四届中国长春电影节颁奖典礼”最佳处女座奖。
2021年，张末与张艺谋父女联合执导国内首部聚焦抗美援朝狙击手故事的电影《狙击手》。
2021年11月22日，由张艺谋、张末联合执导的电影《狙击手》正式发布定档海报，官宣2022年大年初一上映。
2013年1月，张末与交往多年的瑞士籍男友孟丹青在北京盘古七星酒店四合院里举行婚礼。
张末不仅有着靓丽的外形，而且还有着成熟大方的气质（《城市快报》评）。张末把许多新颖的理念运用在剪辑里，剪出来的片子紧凑而精彩（汉江传媒网）。
张末对于电影的每一个细节都要求极度完美。张末是一个对工作特别负责的人，她给人的印象不仅是美丽、善良、大方，而且还和张艺谋一样努力、拼命（倪妮评）。
张末首次独立执导电影，选择了爱情喜剧片，而这也展现出了其电影风格和张艺谋的区别（《每日新报》评）。