张思明字士瞻，祖先是获嘉人，后迁徙到辉州居住。思明颖悟超群，读书能日记千言。至元十九年(1282)，由侍仪司舍人征召为御史台属官，又为尚书省属官。左丞相阿合马死后，世祖要追查他奸诈欺骗的罪行，召右丞何祖荣、左丞马绍进宫，思明为他们读文牍，从黄昏到黎明，帝听着竟忘了疲劳，说“：读的人吐音很像侍仪舍人。”右丞回答说“：正由舍人升为佐助。”帝很惊奇，说：“这个人可以重用。”第二天越级提拔任大都路治中，思明推辞，后改任湖广行省都事。
元贞元年(1295)，任中书省检校后，六部无积压案件，升迁为户部主事。大德初，提拔为右司都事，当初江浙设立海道运粮万户府。授职的人害怕历险，不起程。思明请求给以优厚待遇，并写成命令。五年转迁吏部郎中。九年改任集贤司直。十年授江浙行中书省左右司郎中。十年春，两浙遭重灾，思明首先开仓救灾。
至大三年(1310)，调迁两浙盐运使，还未就职，改入参议枢密院事，又改任中书省左司郎中。皇庆元年(1312)再任两浙盐运使，每年征收赋税都能超额。同僚请求增加赋税，思明说：“增额、减额，都不是不变的，万一以增加的为定额，是我求个人的荣誉而留下了百世的危害。”二年，征召为户部尚书，延..元年(1314)，参议中书省事，三年授中书参知政事。
仁宗即位，僧人妙总统受宠，诏令中书，予他弟弟五品官爵。思明执意不从，帝大怒，召见，责问思明，回答说：“人才选拔是治天下的重要方面，小路一开，来的人就众多而杂乱，所以宁愿违诏定罪，不忍毁坏祖宗成法，使天下的人来窥视陛下的深浅。”帝暗自认为有理，可已经特许过，就说：“你可暂且答应，下不为例。”于是，思明任此人为万亿库提举，不定其官阶。时间长了，近臣妒忌他执法严峻刚直，一天天造成谗言离间，因而出任工部尚书，帝问左右的人：“张士瞻在工部该不会不乐意吧？”回答说“：主持事务同当初一样。”帝更赞叹，命令授给宣政副使。五年，任西京宣慰使。岭北守卫的战士大多贫困，遇上灾荒，引起事变，思明既用威力又有仁慈，才使边境安定。由于上疏陈述和林运粮十一条不便，帝用端砚和一尊好酒慰问他。
适逢左丞相哈散辞职，帝不允许，他请求更加坚决，帝问：“你为什么要辞职？”回答说：“我估量自己的才能太差，恐怕误了国事，一定要我任职，推荐一个人佐助我。”帝问：“是谁呢？我能听你的。”哈散说“：张思明。”当天就授给思明中书参知政事。帝到上都，在路上见到思明，帝慰勉他说：“你没有辜负我的委托，所以我采用哈散的话，又起用你。”不久，升左丞。
帝崩，英宗居丧，右丞相帖木迭儿管理政事，大杀无辜，气势汹汹。思明谏道“：先帝奉安刚毕，新君未立，恣纵杀戮，全国的人会说有反叛之心。万一诸王、驸马怀疑不来此，将怎么办？不能不深思熟虑。”大家都很忧惧，帖木迭儿大悟，说：“要不是左丞相提醒，几乎要误大事。”帝修建寿安山寺，监察御史观音保、琐咬儿哈的迷失、成王圭、李谦亨强谏，帝盛怒，杀了观音保、琐咬儿哈的迷失，把成王圭、李谦亨作为属吏，思明告诉丞相说“：进谏是御史的职责，自祖宗以来，不曾杀谏臣。”成、李既是属吏，应当按法论处，丞相极力说明道理，二人才从轻惩处。拜住任右丞相，与帖木迭儿各树朋党，残害忠良，思明怕惹祸，多次上表辞官，未准，后来被诬陷为不供给蒙古子女口粮，饿死四百人，于是罢官在家，闭门六年。
文宗天历元年(1328)起用为江浙行中书左丞相。正当陕西重灾，中书拨江浙盐运司赋税十万锭救灾。有吏劝说应给中书回话，赋税已交京师。思明说：“陕西灾民如无水之鱼，不得水而干死。把下年征收如数交上，如判罪由我来承担。”事后朝廷认为做得对。二年恢复中书左丞职务，入宫见帝，详细陈述历朝任用贤能、治民富国的经验。因衰老呈请辞官，帝未同意，第二天就告辞走了。至元三年(1337)卒，享年七十八岁。
思明生平不治产业、不存钱，收集书三万七千多卷，同谢仲和、曹鼎新同称三绝。赠推忠翊治守义功臣、中书左丞、上护军、清河郡公，谥号贞敏。