1912年5月1日，出生於江蘇常熟縣鹿苑鎮。
1918年秋，入晉安小學。
1924年秋，入上海交通大學附屬小學。
1926年夏，入上海交通大學附屬初中。
1927年7月，入上海交大預科班。
1930年轉入上海交通大學水利工程係。
1931年與同學顧德歡一起參加奔赴南京請願的運動。
1932年暑假，到山西潼關進行鐵路定線測量實習。
1934年夏，在上海市工務局五科工作數月。
1934年考取清華大學留美公費生。
1935年在各地考察、參觀水利工程，為出國作準備。
7月，入美國加州大學土木工程係，攻讀碩士學位。
1936年6月，到美國墾務局實習。
下半年，到哈佛大學工學院學習。
1937年6月，準備哈佛大學博士生入學考試。
7月，“七七事變”爆發，張光鬥決定提前回國參加抗戰。
11月，參加四川龍溪河工程處水電站的設計、建設。
1938年下半年，開始設計桃花溪水電站。該水電站是我國第一個自行設計施工的1000千瓦以上的水電站。
1939年10月25日，在四川袁家坪工程處與錢玫蔭小姐結婚。
1940年上半年，開始負責設計修建四川萬縣的仙女硐水電站。
1943年前往美國坦河流域實習。
1945年春，回國參加三峽工程。
1948年秋，張光鬥冒著生命危險為新中國保存下20個裝有珍貴水電資料的大箱子。
1949年10月初，到清華大學土木係任教。
下半年，到官廳水庫工程局任工程顧問。
1950年冬，考察吉林豐滿水電站和沈陽東北水利總局。
1951年負責黃河下遊第一座引黃灌溉工程——黃河人民勝利渠的設計任務。
1955年進入中國科學院科學技術部。
1957年前往蘇聯考察學習。
1958年9月1日，開始密雲水庫的設計工作。
1963年春，赴英國南安普頓大學參加國際拱壩計算會議。
暑假，赴法、瑞兩國考察高壩建設。
1966年6月，成為“文革”中的批判對象。
1971年指導陝縣張卞公社水利的修建。
1972年冬，受周總理的委托，對葛洲壩工程提出修改設計意見。
1973年秋，出任中國代表團團長，赴西班牙馬德裏參加第11屆國際大壩會議，為新中國爭取到了成員國席位。
1976年上半年，重新遭到清華水利係軍宣隊的批判。
6月，參加黃河小浪底工程勘察。
7月，參加密雲水庫的搶險工作。
1977年暑假，參加美國土木工程學會水力學會議。
1978年3月，參加國務院召開的全國科技大會。
下半年，被高等教育部任命為清華大學副校長。
1980年8月1日，兒子張元正突發腦溢血醫治無效逝世。
1982年被墨西哥工程科學院選為外籍院士。
參加中國科學院技術科學部年會，並作了題為《建議成立中國工程院》的報告。
1984年4月20日，赴二灘現場查勘庫區金龍山的勘探豎井。
春，撰寫專著《水工建築物》。
1988年向江澤民主席遞交題為《關於我國水資源問題和解決的對策》的書信。
10月，代表中科院參加國際工程和技術科學院理事會舉辦的第十屆大會。
1990年出任“國際高等工程教育研究討論會”籌委會主任。
1991年夏，先後參加在美國康奈爾大學召開的國際工程教育研討會和在伊力諾依州立大學芝加哥分校召開的國際工程教育會議。
1992年與王大珩、師昌緒、侯祥麟、羅沛霖、張維等六人聯名上書黨中央和國務院，建議成立中國工程院。
1993年向國家教委遞交題為《我對211工程的認識》的書信。
5月，被國務院三峽工程委員會聘為《長江三峽水利樞紐工程初步設計報告》審查組組長。
1994年6月，當選為中國工程院主席團成員。
1997年向中國工程院提出設立“中國可持續發展水利資源研究”谘詢項目的建議。
2001年1月，親自攀爬腳手架，視察三峽工程質量。
2004年夫人錢玫蔭去世。