1964年10月16日，中國自行製造的第一顆原子彈在新疆羅布泊爆炸成功，從而有力地打破了超級大國的核壟斷和核訛詐，提高了中國的國際地位。而在第一顆原子彈的研製過程的背後，是一大批科研人員的艱辛付出。作為高能物理學家，中國宇宙線研究和高能實驗物理的開創人之一，張文裕就是其中的一員，他為中國成功研製原子彈、氫彈核武器立下不朽的功勳。
1910年，張文裕出生在福建省惠安縣一個沿海山村，父母都是農民，家境貧困，只有薄田幾畝和一家中藥店。當時張文裕兄弟姊妹有八人，幾乎無人識字。只有排行老四的張文裕，因為祖父的寵愛和親朋老師的關照，得以在私塾念了兩年，隨後又上了四年小學。
小學畢業後，張文裕考上了泉州培元中學。然而哥哥姐姐的相繼夭折，讓他的學業差點破滅，本來父親是要他回家幹活貼補家用，可小學老師和親友的勸說和資助終於還是讓父親改變了主意，勉強同意張文裕繼續學業。張文裕也特別爭氣，硬是靠著學校的獎學金和自己的勞動所得念了三年半中學。
然而張文裕的求學之路註定不平坦，在他中學還沒畢業的時候，家裡給他安排了一門親事。在那個年代，包辦婚姻是很平常的，但接受了教育的張文裕哪裡肯逆來順受？為了反抗這門親事，他帶著培元中學校長許錫安的推薦信，來到了北京燕京大學。
張文裕到了燕京大學找到了謝玉銘教授，可當時已經錯過了考期。在謝玉銘的爭取下，張文裕得到了一個補考的機會，最終以優異的成績被燕京大學物理系破格錄取。
憑藉著勤工儉學，出身貧寒的張文裕終於在1931年以優異的成績畢業，並留在了燕京大學執教，得以繼續攻讀研究生。張文裕學識深厚、邏輯清晰，他的課程很是受學生們的歡迎，其中有一名身材修長、沉默文靜的女學生聽得尤為認真，她後來成為了張文裕的妻子，就是我國著名的理論物理學家王承書教授。
不期而至的愛情，就這樣降臨了，可在此時，張文裕卻接到了英國劍橋研究生院的錄取通知書，即將遠赴英國讀博士學位。臨行前，張文裕找到王承書，留下了回國後成婚的承諾；在劍橋的學習期間，張文裕師從英國著名的物理學家盧瑟福。在盧瑟福的指導下，張文裕和同學一起，共發表了十幾篇論文，刊登在英國的頂級期刊上，並受到了世界核物理界的注目。
1938年，張文裕終於完成了博士論文答辯，獲得了博士學位。當時日本進犯中國的消息已經傳到了英國，張文裕義憤填膺，早已經歸心似箭。回國後的張文裕到處找朋友、同事，要求奔赴前線，結果四處碰壁。後來在著名物理學家吳有訓的介紹下，前往四川大學任教授，半年後又被西南聯大聘請為教授，來到昆明。
1939年，王承書也從貴陽的湘雅醫學院來到了昆明，兩人終於兌現了當年的承諾，結為了夫妻。1941，美國密西根大學的巴爾博獎學金破例地接受了一個已婚婦女的申請，王承書在張文裕的支持下前往美國求學。兩年後，張文裕也接到了美國普林斯頓大學的邀請，在巴爾摩實驗室任研究教授。
在美國張文裕繼續致力探索微觀物質世界的奧秘，並獲得了重大成果，為原子物理學做出巨大貢獻。特別是「張氏原子」的發現，讓張文裕聞名世界，國際上稱其為「張原子」或「張輻射」。
以當時張文裕的成就，有人勸他加入美國國籍，這裡有更好的科研條件和待遇。但張文裕和夫人王承書堅決不入美國國籍，並決心回歸故里，報效祖國。然而當時的政治原因，張文裕一家的人身自由受到了限制，直到1956年初，美國政府逐步解除禁令，張文裕夫婦才得以帶著6歲的孩子回到了祖國。
回國後，張文裕推動雲南落雪山宇宙線實驗站的擴建，與肖健共同領導建造了當時世界上最大的雲室組，做出了高水平的物理工作，培養了一代宇宙線研究者。同時從1956年起到八十年代中期，擔任《中國科學》《科學通報》的副主編、主編。曾任中國核學會副理事長，中國高能物理學會第一任理事長，還曾擔任第一、二屆中美高能物理合作聯合委員會中方主席。
1957年，張文裕被選聘為中國科學院學部委員。
張文裕夫婦都是著名的物理學家，同為中科院院士；他們為中國成功研製原子彈、氫彈核武器立下不朽的功勳。但其一生簡樸，家中沒有一件高檔家具，冰箱是如今罕見的40立升的，洗衣機是白蘭牌第一代單缸產品。即便是這樣，在張文裕彌留之際，還向夫人王承書一再囑託，不為兒孫留遺產，將一生積蓄全部捐給「希望工程」。
1992年11月5日，張文裕因病在北京逝世。他這一生，為發展中國的高能物理事業嘔心瀝血，甚至在他生病期間還坐著輪椅到對撞機工地了解工程的進展。正如新加坡著名詩人、書法家潘受先生為紀念張文裕畢生獻身科學的偉大精神和做出的重大貢獻的詩里寫的那樣：
慧光穿宇宙，原子早題名；世仰先知士，吾歌苦學生。
衣衫記鶉孩，凍餒奮鵬程；一自渝州別，相望歲幾更。