张天锡是前凉国君张骏的小儿子，张玄靓的叔父。晋升平五年（公元361年）九月，右司马张邕起兵杀掉管理朝政的宋澄，16岁的张天锡当了中领军，和张邕共同辅政。
名义上是两人共同辅政，实际上是张邕独揽大权，年龄虽不大，野心却不小的张天锡当然不满。他与亲信刘肃、赵白驹密谋，诛杀张邕夺权。
这年十一月，张天锡和张邕一起到宫中去朝见。走着走着，跟在张天锡后面的刘肃猛地举刀向张邕砍去，却没有砍中，赵白驹又上去补了一刀，也没砍中，只好和天锡一起跑进宫中。张邕逃脱以后，带着300人来攻打宫门。张天锡显得十分镇定，站到房顶上对下面的士兵喊话：“张邕狼子野心，杀了宋氏全家还不过瘾，又想杀我全家。你们都是前凉的忠臣，千万不要上张邕的当！我现在只想杀张邕一个人，其余的一概不问。”张邕手下的士兵立刻四散走光，张邕见状，畏罪自刎。张天锡以冠军大将军、都督中外诸军事的身份辅政。
隆和二年（公元363年）八月，张天锡派刘肃深夜带兵入宫杀掉张玄靓，自称大将军，凉州牧、西平公。
掌握前凉大权后，张天锡整天沉溺于酒色之中，连应该按时看望母亲的事情都已忘掉，更谈不上处理政务了。他的堂弟张宪带着棺材劝谏张天锡，张天锡根本不听。就这样稀里糊涂地又过了10年，太元元年（公元376年）七月，前秦步骑13万大举伐凉。张天锡连忙召集群臣商议对策，禁中录事席仂首先发言，说：“把你心爱的儿子送去当人质，再给苻坚多送去些金银财宝，让他们暂时撤兵，我们再慢慢想办法。这叫做以屈求伸。”席仂的话音还未落地，其他人都愤怒地说：“我们世世代代以忠于晋朝而闻名，如今一旦委身事秦，就会使祖宗受到侮辱。况且，河西天险，百年没有灾难，如果出动全国军队，再求西域帮一下忙，怎么就知道一定不能打胜仗呢！”张天锡在大臣们高昂的情绪感染下，胆子一下壮了许多，撸起袖子，大声说道：“我的决心已定，谁敢说投降，格杀勿论！”
苻坚命令秦兵向前凉发起猛攻。张天锡派出的几批军队均战败。张天锡不得不亲自出城迎战，但这时，城内又发生了叛乱，张天锡赶忙带着几千名骑兵跑回姑臧。前秦军队紧接着也来到城下，张天锡只好向前秦投降，被送到长安。苻坚对他还算客气，把他封为北部尚书、归义侯。
太元八年（公元383年），前秦大举进攻东晋，张天锡以征南司马的身份参加了淝水之战。前秦被打败后，张天锡乘混乱之机跑到东晋国都建康（今南京），被封为金紫光禄大夫。
俗话说落地的凤凰不如鸡。作为一个亡国之君，张天锡的日子并不好过，经常遭到东晋大臣们的嘲笑和戏弄。张天锡精神受到刺激，整天闷闷不乐，很快就变得骨瘦如柴，神魂颠倒，为人所不齿。到了晚年，张天锡一贫如洗，经常吃了上顿没下顿。隆安年间（公元397年～401年），会稽世子元显见张天锡实在可怜，便封他为庐江太守。东晋桓玄时，张天锡病死，时年61岁。