１９２７年，张志毅考入东北讲武堂。

１９３１年，他参加了抗击日寇的长城战役。东北沦陷，他随部队转入关内，但抗击日寇的满腔决心却一刻也没有放弃。

１９３６年１月，张志毅考入南京炮校尉官训练班，毕业后回部队任副连长，经东北救亡总会李华春介绍加入人民解放先锋队。同年１２月１２日，他参加了“西安事变”。第二年，张志毅又先后参加了淮河战役和台儿庄战役。

１９３８年７月，积极要求抗日的张志毅在进步人士的帮助下，参加了八路军，同年１０月，光荣地加入了中国共产党，并辗转来到了延安。张志毅首先当上了延安抗大代区队长，并先后担任晋察冀军区教育科参谋、炮兵组长、军区炮兵独立营营长、延安炮兵学校训练部部长等职。

在著名的百团大战中，他担任炮兵组长参加了井陉煤矿攻坚战。担任晋察冀军区炮兵独立营营长时，他率领部队参加了上社、界安、灵山、口头、党埠等诸多战役，以及东庄、行唐等战斗。他首创了炮兵教导队，参加了南泥湾大生产活动，开荒生产，节衣缩食，受到萧克副司令员的高度评价，为巩固和发展晋察冀根据地，夺取抗日战争胜利作出了积极贡献。

解放战争时期，先后担任东北民主联军后方参谋长，炮二团第一团长、旅长、四野炮纵副参谋长、特种兵司令部参谋处长、炮二师副师长、炮五师师长。先后参加并指挥了四平、城子街、德惠、吉林、彰武、辽阳、鞍山等地区的战役、战斗。辽沈、平津战役时，他参加并指挥攻打了义县、锦州、太原、新乡等战斗，在辽沈战役中他首创并指挥了我军历史上百门以上群炮攻击敌阵地的战史。张志毅还参加了延安炮兵学校的组建工作，并担任延安炮兵学校训练部部长，亲自编写了我军炮兵最早的训练教程和条例，培养了大批的炮兵高级指挥干部，１９４９年参加四野南下战争，一路至广西，担任第五师炮兵师。

中华人民共和国成立后，张志毅先后担任牡丹江炮兵第一训练基地司令员、第四炮兵学校校长兼书记、中南军区炮兵参谋长等职。１９５０年他再次肩负起改装训练赴朝炮兵２０个团的重任。在抗法援越战争中，他担任中国军事顾问团炮兵顾问，为越南训练了大批炮兵干部。回国后，他历任广州军区炮兵副司令员，济南军区炮兵代司令员、副司令员、顾问。

被授予二级独立自由勋章，二级解放勋章，独立功勋荣誉章，１９６４年晋升为少将军衔。

１９９７年逝世。