張嫣是漢惠帝劉盈的親姐姐魯元公主和宣平侯張敖的女兒，即漢惠帝的外甥女，漢惠帝是她的舅舅，祖籍大梁（今河南開封）。公元前192年，張嫣的外祖母呂後為了“親上加親”，將年僅十二歲的張嫣立為漢惠帝的皇後。呂後希望張嫣能生子，但由於張嫣年紀實在太小，想盡千方百計仍然一直無法懷孕。呂後於是設計教她假裝懷孕，然後再強取漢惠帝與宮女所生之子劉恭，謊稱是張嫣所生，又將劉恭的生母殺死，並立劉恭為皇太子。公元前188年，漢惠帝去世，張嫣收養的兒子劉恭繼位，史稱前少帝，因此呂後仍稱皇太後並臨朝稱製，張嫣則不稱太後，世稱孝惠皇後。
公元前187年，張嫣的母親魯元公主去世。公元前180年，張嫣外祖母臨朝聽政的呂後也去世了。接著，諸呂被誅，後宮又成為劉氏的天下，漢文帝劉恒即位。而張嫣雖幸免一死，卻受到牽連，廢其位而置於北宮，仍稱孝惠皇後。
北宮是未央宮後的一處極為幽靜的院落。朝野都知道張嫣與諸呂亂政無關，因而沒有在夷滅諸呂時殺死她。她生活在北宮中，無聲無息，日出日落整整十七年。公元前163年，張嫣病逝，終年四十歲，與漢惠帝合葬安陵，不另起墳，諡號孝惠皇後。傳說張嫣每次跟隨其母魯元公主入宮中，漢高祖劉邦命戚夫人抱著，對戚夫人說：“汝雖妍雅無雙”，然此女十年以後，“迥非汝所能及也”
張嫣死後入殮時，宮女們替她淨身時驚人地發現，張皇後至死竟然冰清玉潔，依然是個處女。消息不脛而走，天下的臣民無不懷念她，憐惜她。於是紛紛為她立廟，定時享祭，尊她為花神，為她立的廟便叫做花神廟。
《漢宮春色》中是如此評價她的“後勸惠帝除挾書律，澤被千古，偉矣。其在漢室，有三大功。勸太後勿誅諸功臣，與謀害代王，及斂諸門鑰，使相國產不得入殿門，呂氏就誅，此其功之最盛者也”。代王既立，後乃幽廢，竟無崇奉之禮，蓋地處嫌逼，雖賢如文帝，不能無介然於懷，故待後恩禮頗儉雲。夫古聖後賢妃多矣，然容與德皆極美而幽廢者，惟漢張皇後一人。但賦性柔願，才略稍短耳。於戲！