张孔孙字梦符，其祖先为契丹族之乌若部，该部为金人所并，迁至隆安。父张之纯，为金朝东平万户府参议。有天夜里梦中拜谒孔子庙，赐他嘉果，其后生孔孙。孔孙这名字，表示是孔子所赐的意思。长大后以文学著名，召聘为万户府议事官。
蒙古军攻下汴梁，汴梁的太常乐师流落于东平。当时，祭祀乐章残缺不全，只存《登歌》一章。世祖为太子时，曾召乐师至日月山演奏。这时，徐世隆向皇帝建议，增设宫县及文、武二舞，以备举行大典时演奏。于是，朝廷诏令徐世隆为太常卿，以孔孙为奉礼郎，监督乐师制成乐曲，献给朝廷。廉希宪主管中书省，召孔孙为属官。安童为相，更加器重孔孙，授户部员外郎之职，出任南京总管府判官。
朝廷计划攻下襄阳，急需兵源，孔孙提出“：今越境走私而判罪的人，动辄数以千计，最好给他们一条生路，即让他在战场上效力，赎其死罪。”这意见被朝廷采纳了。孔孙因任佥四川道提刑按察司事，不久升为湖北道提刑按察副使。他巡视巴陵时，有囚犯三百人将处死刑，经了解，这些人是因为对龚乙提出开银矿一事不满，挖了龚家的坟茔，烧了龚家房屋，烧死三人，官府认为他们是图财害命。孔孙认为这些人犯法有其特殊原因，减了他们的罪。后调任浙西提刑按察副使，又改任同知保定路总管府事，不久拜为侍御史，主持行御史台事。
至元二十二年(1285)，安童再次为相，向皇帝陈奏道：“阿合马专政十年，其亲戚、朋友和迎合他的人，往往很快升官，占据重要位置，只有刘宣与张孔孙二人安守旧职，始终如一。”于是任命刘宣为吏部尚书，孔孙为礼部侍郎。不久，升孔孙为礼部尚书，又升为燕南提刑按察使。二十八年，提刑按察司改为肃政廉访司，仍以孔孙为肃政廉访使，衙门设在大名府。他在燕南将所没收赃款买粟五千斛，用来赈济饥民。拜佥河南江北行中书省事；不久，任大名路总管兼大名知府。他在大名大兴学校。该地有人将旧河堤土地三百余里献于太后，孔孙知道后立即上书，请求将这些土地全归还给百姓，得到批准。升淮东道肃政廉访司使。该地盐场盐民尹执中兄弟被人诬告为强盗，孔孙审理清楚后，为此兄弟二人平反。召还朝拜集贤大学士、中奉大夫，商议中书省事。丞相完泽去世，孔孙与陈天祥上书举荐和礼霍孙为相。
这时发生了地震，皇帝下诏，征求消灾之道。孔孙进呈八条意见，大意是：蛮夷诸国，不可派兵去远征；已被罢职的无用官员，不可重新起用；赏善罚恶，不可多次赦免；凡献卖宝货者，一律禁绝；供奉佛祖只是白白耗费钱财，应制止；禁止奢侈，要上下一切从俭；裁汰多余的无事可做的官吏；要按时祭祀太庙。皇帝认为这些意见都很好，赐钞五千贯以示奖励。他又建议：“凡七十退休官员，应加官一级；守丧期满的官员，应加起用；宿卫军中有冒名者，应当开除；州郡官吏应选择任用，在某一地方任久的达鲁花赤，应适当地转至别地；增加官吏俸禄；修建京师庙学，设国子生徒，对于曲阜孔庙的洒扫户给予赏赐；相位应参用儒臣，不可一律只用文官；已故宰相安童、伯颜、和礼霍孙与廉希宪等，应各赠谥号。”其后，孔孙告老还家，朝廷拜他为翰林学士承旨、资善大夫，退休后仍为集贤大学士。大德十一年(1307)卒，享年七十五岁。
孔孙素来以文学著名，同时也很会弹琴，其画工于山水竹石，尤精于骑射，可称为全才。在朝中敢于直言，而且往往正确，为同朝人所佩服。