1978年，只有12岁的他就成为中国年纪最小的大学生，进入在安徽的中国科技大学学习。张亚勤曾向《西雅图时报》表示，他真的很想成为科学家。牛顿是他的偶像。 “那时候最热门的科目是物理。最大的名人是一个数学家。”张亚勤追随父亲，选择学习电子工程。
1983年，他在中科大取得学士学位。两年之后，他又获得了硕士学位。18岁，张亚勤被位于美国首都的乔治华盛顿大学录取。他放弃普林斯顿和麻省理工，选择进入乔治华盛顿，师从无线通讯科技泰斗Raymond Pickholtz教授。
1989年，23岁的张亚勤以乔治华盛顿大学校史上唯一一篇满分毕业论文获得博士学位。
1997年，年仅31岁的张亚勤被授予美国电气和电子工程师协会院士(IEEE Fellow)称号，成为该协会100年历史上获得这一荣誉最年轻的科学家。
1999年，回国加盟微软中国研究院，出任该院首席科学家。
2000年8月，出任微软中国研究院院长兼首席科学家。
2001年11月，微软中国研究院升级为微软亚洲研究院，张亚勤任首任院长。2004年，微软亚洲研究院被MIT Technology Review评为全球最顶级的计算机科学研究院。
2004年1月，升任微软公司全球资深副总裁，进入微软决策层，成为比尔盖茨的智囊团核心成员。负责统领微软全球移动通信及嵌入式产品业务（微软七大部门之一）。
2000-2004年任微软亚洲研究院院长， 2004年他晋升微软公司资深副总裁，回到微软总部掌管微软全球移动及嵌入式产品Windows Mobile 以及Windows CE 平台。
2006年1月，由比尔·盖茨亲自点名，张亚勤回国成立微软亚太研发集团，倾力建设世界一流的技术研究、技术孵化、产品开发还有产业合作的团队。
2007年，陈永正从微软大中华区首席执行官任上辞职，转投美国国家篮球协会(NBA)，张亚勤就接过了微软中国业务的担子。
2006年-2014年9月任微软公司全球资深副总裁，兼微软亚太研发集团主席，负责微软在亚太地区的科研及产品开发工作。
2014年9月，微软公司确认张亚勤因个人原因辞职。据透露，他将转投百度，任百度总裁，直接向百度创始人李彦宏汇报。
微软公司于9月8日宣布，微软全球资深副总裁、微软亚太研发集团主席、研究院院长、张亚勤因个人原因离职;而美国《华尔街日报》也报道称，百度宣布微软中国区高管张亚勤将出任百度新业务总裁，任命将于10日生效，两方声明的同时出现，佐证了“张亚勤弃微软投百度”的消息。
汪健比张亚勤低四级，因为张亚勤上学年纪比较轻，她和我同龄，比张亚勤大几个月。在一个老师家里面认识了，认识之后糊里糊涂就结婚了。他们结婚已经21年了，是到美国结的婚，在科大认识。张亚勤认为是遇到合适的人，所以，这20多年对他帮助特别大，从来没有后顾之忧，家里的事，包括很多一开始工作的事，汪健都是他最好的一个朋友，什么事我们一块儿商量。这么多年一起走过来，挺不容易。所以，他特别特别感谢她，他平时在家里很少感谢她，但是在媒体上还是要感谢她。
张亚勤信奉“5分钟理论”：见一个人，5分钟之内，我就会感觉到和这个人是相互吸引的还是相互排斥。人与人之间是有磁场的。正因这“5分钟理论”，张亚勤收获了自己的终生幸福。那还是在科大，19岁的张亚勤第一面就喜欢上了一个女孩，第二次就去找人家约会。“现在，她已经是我的太太了。”谈起妻子，他毫不掩饰自己的得意。谈及一双儿女，他满脸父爱。“不出差的话，我的原则是每个星期有4天在家吃晚饭。”
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