張惠言作為經學家，其主要貢獻是對《易》和《儀禮》的研究。他以惠棟的方法治《易》，立說專宗虞翻，參以鄭玄、荀爽諸家之言。著《周易虞氏義》九卷，將虞翻對《易》的解說發揮盡致。

張惠言對虞氏易學予以高度評價，謂“翻之言《易》，以陰陽消息、六爻發揮旁通升降上下歸于乾元用九而天下治，依物取類，貫穿比附，始若瑣碎，及其沈深解剝，離根散葉，暢茂條理，遂于大道”。而對后儒解《易》之學則多有批評，謂虞氏《易》學，“后儒罕能通之”，指出：“自魏王弼以虛空之言解《易》，唐立之學官，百漢世諸儒之說微，獨資州李鼎祚作《周易集解》，頗采古《易》家言，而翻注為多。其后古書盡亡，而宋道士陳搏以意造為龍圖，其圖劉牧以為《易》之河圖、洛書也。河南邵雍又為先天、后天之圖，宋之說《易》者翕然宗之，以至于今，牢不可破，而《易》陰陽之大義蓋盡晦矣”。（《周易虞氏義序》）

張惠言認為古書亡而漢魏師說略可見者僅十余家，唯荀爽、

鄭玄、虞翻略有梗概可指說，而虞氏之說又較備，故“求七十子之微言、田、何、楊叔、丁將軍之所傳者”，必自虞氏之注。又著《消息》二卷、《虞氏易禮》二卷、《易候》一卷、《易言》二卷，于虞氏《易》成一家之言。還著有《周易鄭氏義》三卷、《周易萄氏九家義》一卷、《周易鄭荀義》三卷、《易義別錄》十四卷、《易緯略義》三卷、《易圖條辨》二卷，盡括漢《易》各家古義，以羽翼虞氏《易》。

張惠言于《禮》主鄭玄。著《儀禮圖》六卷，謂治《儀禮》者當先明宮室，故兼采唐、宋、元及本朝諸儒之義，斷以經注，首列官室圖，而后依圖此事。又詳考吉兇冠服之制，為之圖表。又著《讀儀禮記》二卷，摘錄《儀禮》章句，附以諸家特別是鄭玄的注釋。張惠言還研究過墨家教義，撰有《墨子經說解》二卷。他亦治《說文》，著《說文諧聲譜》未竟。

張惠言先祖自宋初由安徽滁州遷至武進，因之而為武進人。出生世代業儒的貧寒家庭，從七世祖張典以下到他的祖父張金第、父親張蟾賓都以教授鄉里為謀生方式。張惠言四歲喪父，生活貧寒，賴其母姜氏與姊觀書（長惠言四歲）作女工，將他與遺腹而生的弟弟張翊（后改名琦）撫養成人。據其《先妣事略》記載，張惠言九歲離家，至常州城中依伯父張思楷讀書。“一日暮歸，無以為夕飧，各不食而寢。遲明，惠言餓不能起，先妣曰：“兒不慣餓憊耶？吾與爾姊爾弟時時如此也。”惠言泣，先妣亦泣。”其早年的艱難困苦于此可見一斑。

迫于家貧，年十四，即為童子師。乾隆四十一年（1776）娶國子監生吳承紱之女為妻。次年，補縣學附生，開始科舉之路。乾隆四十四年（1779）試高第，補廩膳生。乾隆五十一年（1786）高中舉人。乾隆五十二年（1787）赴禮部會試，中正中榜。中正榜是從當年會試落第者挑選合乎要求者，任命為內閣中書或國子監學等職。張惠言考取了景山宮官學教習，教授內務府佐領以下官宦子弟，開始了長達八年的教學生涯。教學之余，與鄧石如、陸以寧、吳德旋、孫星衍切磋古文詞賦，與楊隨安交流易學，學術境界得到提升。乾隆五十九年（1794）奔母喪，兩年后，應時任富陽縣令的摯友惲敬之邀，至浙江富陽縣編修縣志。未等縣志修成，惲敬調任貴州江山縣為官，張惠言至歙縣，在江承之家授館收徒。嘉慶二年（1797），易學著述相繼問世。與張琦合編影響深遠的《詞選》。

嘉慶四年（1799），第七次會試，中二甲進士，改庶吉士，充實錄館纂修官。六年（1801）四月，散館，奉旨以部屬用，朱珪奏改翰林院編修。嘉慶七年（1802）六月，卒于官，年四十二。