出身於名門望族，是張居正第十二代孫，年少時隨父親在安徽長大，十七歲時就讀於蕪湖中江書院。光緒二十八年（1902年），張國淦中舉人，光緒三十年（1904年）選內閣中書。光緒三十二年（1906年），入選憲政編查館館員，赴黑龍江任撫院秘書官、調查局總辦，調査局總辦,宣統三年（1911年）2月，被東三省總督錫良任命為交涉局總辦。6月，又回京出任財政局會辦。武昌首義之後，袁世凱命張國淦以湖北代表身份，隨唐紹儀參加南北議和。張國淦全程見證了辛亥年議和。
中華民國成立後，張國淦任北洋政府銓敘局局長、國務院秘書長。和同郷、副總統黎元洪交情深厚，與段祺瑞、徐世昌也是好友，袁世凱即皇帝即位前後，段祺瑞與之對立，張國淦曾從中調停。
袁世凱去世後，黎元洪、馮國璋、段祺瑞先後執政，張國淦歷任任總統府秘書長、農商總長、司法總長、內務總長、教育總長、北京圖書館館長等職。府院之爭時，張國淦曾為維持府院關係而奔走調停。但在西原借款問題上，身為農商總長的張國淦不顧日本公使林權助和段祺瑞的威逼利誘，拒絕簽字，從而失去了段祺瑞的信任。後來皖系軍閥失勢，張國淦再度被起用。
專心從事「中國古方志」
1926年北洋政府徹底垮台，張國淦五十歲，決定不再參與政治，寓居天津英租界小營門外。清末在黑龍江任職時，他曾編撰《黑龍江志略》，繪製《黑龍江全省輿圖》，此時仍繼續類似工作，經常一個人往返於天津、瀋陽、旅順之間，調查當地史志，專心從事「中國古方志」的收集、研究、整理。
張國淦藏書達十幾萬卷，將書齋命名為「無倦齋」，寓意分秒必爭，毫不倦怠，每天讀書著述常在十個小時以上，考證修訂了全國各地的「地方志」近萬種，雖然備嘗艱辛，但是怡然自得。從秦漢方志到明清方志，他撰寫了300萬字文稿，其中，從秦漢至宋元的方志考訂稿約70萬字，成《中國古代方志考》，流傳於世。
1937年盧溝橋事變後，偽華北臨時政權成立，做過北洋政府高官的王克敏等漢奸，邀張國淦參加偽政權，遭到嚴辭拒絕。他擔心日本人繼續糾纏，決定遷居上海，行前委託天津航運公司董浩雲，將家中百餘箱藏書通過海運到上海。
寫藏書目
1952年6月，張國淦將所藏碑帖拓本3454張又35冊，捐贈給上海合眾圖書館。此時，中南圖書館（現湖北省圖書館）館長方壯猷，向中南區軍政委員會文化部請示，購入張國淦「無倦齋」藏書。張國淦聞訊後，稱「私藏圖書自當公諸人民，況武漢家鄉，……今幸得歸中南圖書館，實獲我心，不足言謝」，將八箱藏書，以及與湖北省相關的66冊古籍捐與湖北，其中地方志較多，明清刻本較多，亦有十幾種宋元明刻本和抄本。
著述回憶
1953年，以78高齡，應董必武之邀任中國科學院近現代史研究所研究員，以親身經歷著述回憶辛亥革命、北洋軍閥時期的往事，寫成《北洋軍閥的起源》《孫中山與袁世凱的鬥爭》《洪憲遺聞》 《黎元洪與段祺瑞的鬥爭》等數十萬字，留下了珍貴的歷史資料。1955年，當選第二屆全國政協委員。1959年1月25日，張國淦在北京病逝。享年84嵗（満82歳）。[2]
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