Trương Hán Siêu quê ở làng Phúc Thành, huyện Yên Ninh, lộ Trường Yên (nay là phường Phúc Thành, thành phố Ninh Bình, tỉnh Ninh Bình).
Trương Hán Siêu xuất thân là môn khách của Trần Hưng Đạo, tính tình cương nghị, học vấn uyên thâm. Ông tham dự cuộc kháng chiến chống Nguyên Mông lần thứ hai và thứ ba. Năm 1308, ông được vua Trần Anh Tông bổ Hàn lâm học sĩ. Đời Trần Minh Tông giữ chức Hành khiển. Sang đời Trần Hiến Tông năm 1339 làm môn hạ hữu ty lang trung, đến đời Trần Dụ Tông năm 1342 đổi sang tả ty lang trung kiêm Kinh lược sứ ở Lạng Giang, rồi thăng tả gián nghị đại phu năm 1345 và năm 1351 làm tham tri chính sự.
Năm Quý Tỵ 1353, ông lãnh quân Thần sách ra trấn nhậm ở Hóa Châu (Huế), giữ đất này yên ổn. Tháng 11 năm sau, ông cáo bệnh xin về nghỉ, nhưng về chưa đến kinh sư thì ông mất. Sau khi ông mất, vua cho truy tặng hàm thái bảo, năm 1363 truy tặng thái phó và được thờ ở Văn Miếu quốc gia (từ năm 1372), ngang với các bậc hiền triết đời xưa.