萬曆三十四年（公元1606年），張嫣出生於河南省開封府祥符縣。
張嫣小時候純潔嫻靜，笑不露齒。七歲的時候，茹苦耐勞，灑掃庭院，洗衣做飯，樣樣都會。沒事的時候，獨處一室，習做女紅，閱覽書史。十三四歲，窈窕端麗，絕世無雙。張國紀喪偶後，張嫣親自照顧弟妹。 天啟元年（公元1621年）二月，時年十五歲（虛歲）的張嫣選美入宮，四月即被冊立為皇后。其父張國紀以女為貴，封太康伯。
張嫣個性嚴正，很有皇后風範，是位能母儀天下的女性。她非常不齒宦官魏忠賢和熹宗的乳母奉聖夫人客氏兩人聯手為非作歹的行徑，經常數次在熹宗面前提起兩人的過失，更曾以皇后的身份親自懲處客氏，因此使魏忠賢與客氏對她恨之入骨，但因為張嫣是皇后，不同於其他嬪妃一般容易對付，因此兩人在背地裡造謠，說皇后張嫣是盜犯孫二的女兒，而不是張國紀的女兒；孫二因為犯有死刑，就將女兒託付給生員張國紀，所以，張國紀將這段隱情不據實反映，犯有欺君之罪。順天府丞劉志選趁機彈劾張嫣的父親張國紀。御史梁夢環也乘機興風作浪。幸好明熹宗惟一理智的地方， 似乎就是尚存有一份夫婦之情，不致於因完全沒有證據的流言而懲辦張皇后，而相反是果斷地下旨譴責劉志選，從而使閹黨不敢妄動。
天啟三年（公元1623年），張皇后懷有身孕，突然腰痛，要找一個會按摩的宮女來按摩。客氏害怕皇后產下皇子，出了個主意，讓魏忠賢安排自己的人冒充，在為皇后捻腰的時候故意下重手，捶之過猛，竟損元子。致使張皇后流產生下死胎，此後張皇后未再生育。即懷衝太子朱慈燃。 這一事，後來成為楊漣彈劾魏忠賢的第十條罪狀。
除去痛恨客氏與魏忠賢兩人的行徑外，張皇后經常勸諫明熹宗，期望熹宗能“遠小人而近賢人”。從張皇后那邊看，魏忠賢就像是秦代的趙高，是一個陰險的閹宦。 [6] 有一次，明熹宗去見張嫣，見桌上一本書，便問：“什麼書呢？”張皇后說 ：“《趙高傳》。”明代內宮后妃，所必讀之書是明太祖命儒臣編定的《女誡》，其要義即 禁止後宮干政，《趙高傳》之類的史書並不是宮中后妃所必讀或應當讀的。張後此舉，自然 大有深義，即想以趙高來譬喻魏忠賢來提醒熹宗。熹宗當時的反映是“嘿然”，不吭聲。 [5] [12] 熹宗想是意識到魏忠賢、客氏與張皇后的對立。他不願懲辦魏忠賢和客氏，當然也不希望魏忠賢傷害張皇后。但是，魏忠賢得知此事後，大怒。第二天，熹宗在便殿搜出幾個人帶著兵刃 。此事自然非同小可。熹宗本人也大驚，命令將這幾個人交給東廠審訊。於是，司禮監秉筆兼掌東廠太監魏忠賢便藉機誣告張國紀，說張國紀想弒君，然後立信王朱由檢為皇帝。魏忠賢認為這一陰謀一旦得逞，則張國紀、張皇后、信王朱由檢將無一倖免，而自己也一舉除掉了所有對手。但是，當魏忠賢把這件事和他的親信王體乾商議的時候，王體乾提醒魏忠賢說：“主上凡事憒憒，獨於夫婦、兄弟間不薄，一不慎，吾輩無遺類矣。”魏忠賢聽後也心中暗驚，於是遂將那幾個人處死，殺人滅口，化解了此事。
一次，宮門上有人投書，信中寫滿了魏忠賢的罪狀，魏忠賢懷疑是皇后之父張國紀和其朋黨；邵輔忠、孫杰等人在幕後指揮，因而下令大殺東林黨臣，希望藉此動搖皇后的地位。同時希望能將張氏趕下皇后的位子，好讓自己的侄孫女—魏良卿之女成為皇后。當魏忠賢在大殺東林黨臣時，朝中開始有幾位大臣察覺到魏忠賢的心意，因而紛紛上奏彈劾張國紀等人。大學士李國普調解道：“皇帝和皇后，相當於一國的父母。怎能煽動父親去陷害母親呢？”張國紀才得保命，被免官放歸故鄉。
後來，張皇后在信王朱由檢即位一事上，起到了很大的作用。熹宗臨死前不久，客氏安排懷孕的宮女進入後宮，以冒充熹宗子嗣。明熹宗對張皇后說，魏忠賢告訴我說後宮有二人懷孕了，以後生男就立為皇帝。張皇后表示反對，認為應當早立信王朱由檢。僵持很久後，張皇后說服了明熹宗將皇位傳弟。朱由檢想推辭，張嫣自屏風後走出，說：“皇叔義不容辭，且事情緊急，恐怕發生變故。”信王才願意繼承皇位。
明熹宗對於張皇后，始終愛惜。他臨死之時，將張皇后託付於弟弟信王朱由檢，命曰：“中宮配朕七年，常正言匡諫，獲益頗多。今後年少寡居，良可憐憫，善事中宮。”朱由檢登基後，對皇嫂亦非常敬重，為張嫣上尊號曰“懿安皇后”。在崇禎一朝，她受到明思宗的尊敬和禮遇，而且對於朝中的大臣如周延儒等人的欺上罔下行為非常厭惡。有一次，明思宗的皇后周氏對思宗說周延儒人品如何不行，思宗心中不滿後宮議論朝政，問周皇后怎麼知道，周皇后以張皇后對，明思宗遂無言。
懿安皇后居住在慈慶宮，魏忠賢餘黨、總管太監陳德潤貪慕皇后貌美年輕，一日，皇后晨起，宮人捧著盥洗用具奉侍，陳德潤託言奏事，直到皇后室內。懿安皇后奏報崇禎帝，命貶陳德潤到南京明孝陵去種菜。
崇禎十五年（公元1642年）七月，因明思宗的太子將納妃，改慈慶宮為端本宮，懿安皇后遷居仁壽殿。
崇禎十七年（公元1644年）三月十八日，李自成領導的農民起義軍攻陷北京，明思宗命自己的周皇后自縊，又揮劍砍傷了袁貴妃、砍斷了十五歲的長女長平公主之左臂、刺死年僅六歲的么女昭仁公主。 再派太監去傳口諭要皇嫂懿安皇后和明光宗遺孀李康妃也自縊。最後明思宗登上煤山自縊而亡。
當日李自成進入皇宮，懿安皇后從此再無下落。《明史》中記載，張嫣在寢宮中上吊自殺身亡，殉國明節。
有人說張皇后自縊未死，被李自成的部將李巖所獲。在百姓的眼中，張皇后有著極好的聲望。因此，當李自成的農民起義軍攻進北京城後，入宮的李巖第一個想到要保護的人便是張後。據說，李巖入宮，令宮女扶張後上座 ，行九拜之禮，令人護衛。當天晚上，張皇后自縊而死。也有人說，崇禎帝派人勸懿安後自縊，“倉促不得達”。懿安後青衣矇頭，徒步入朱純臣家，然後自殺而死。文獻記載不同，莫得其詳。 [16]
明亡之後，有一個自稱張皇后的女子向清朝投降。對此，清代學者朱彝尊曾作了一番辨別，說：“魏忠賢養女任氏，送給熹宗，被立為貴妃。農民軍攻進北京後， 流轉民間，詐稱熹宗皇后。被送往官府，光祿寺每月供養。人們所以都說熹宗張皇后失節。 沉冤莫雪，故附白之。”從《明史》的記載看，張皇后確實是在大順農民起義軍進城之後自縊而死，年38歲。
清世祖順治元年，順治帝命將張氏和明熹宗合葬於德陵。
南明弘光元年（公元1645年）三月甲申朔己亥十六日，明安宗上懿安皇后諡曰“孝哀慈靖恭惠溫貞偕天協聖悊皇后”
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