永和十一年（355年），张祚被杀，张天锡哥哥前凉桓王张重华之子前凉冲王张玄靓继位。升平五年（361年），九月，右司马张邕憎恨宋澄独专朝政，于是起兵攻打宋澄，把他杀了，他的家族也一并灭掉。张玄靓任命张邕为中护军，任命张天锡为中领军，一同辅佐朝政。
张邕傲慢自负，纵行****，网罗朋党，专擅朝政，滥施刑罚、杀戮，国人都很怨恨他。于是张天锡与亲信刘肃等人暗中谋划铲除张邕。
升平五年（361年）十一月，张天锡和张邕一起入朝，刘肃和赵白驹跟随着张天锡，张邕正在宫门前，刘肃砍击张邕，没有砍中，赵白驹接着再砍，又没砍中，他们二人和张天锡一起进到宫中，张邕得以逃跑，率领披甲士兵三百多人攻打宫门。张天锡登上屋顶大声喊道：“张邕凶恶叛逆，毫无道义，已经杀掉了宋澄，又想颠覆我们一家。你们众将士世代都是前凉的臣属，怎么忍心把武器对准我呢？如今我要擒获的，只有张邕而已，其他人一概不追究！”于是张邕的士兵全都奔散逃走，张邕自刎而死，张天锡把张邕的家族、同党全部消灭。张玄靓任命张天锡为使持节、冠军大将军、都督中外诸军事，辅佐朝政，从此张天锡专擅朝政。
兴宁元年（363年）八月，张玄靓的祖母马氏去世，尊奉庶母郭氏为太妃。郭氏因为张天锡专擅朝政，与大臣张钦等人谋划要杀掉他。事情泄露，张钦等人全都自杀。张玄靓十分害怕，要把王位让给张天锡，张天锡不接受。右将军刘肃等人劝张天锡自立为王。同年闰八月，张天锡让刘肃等人趁夜率兵闯进王宫，杀掉了张玄靓，公开宣布时则说他突然死亡，定谥号为冲公。张天锡自称使持节、大都督、大将军、凉州牧、西平公，时年二十五岁。尊奉母亲刘美人为太妃。派司马纶骞带着奏章去东晋都城建康请求指令，同时送御史俞归东返建康。
太和元年（366年），东晋朝廷下诏任张天锡为大将军、大都督、督陇右关中诸军事、护羌校尉、凉州刺史、西平公。
太和二年（367年），羌人廉岐自称益州刺史，率略阳四千家背叛苻坚投靠李俨。张天锡亲自前往征讨，任别驾杨遹为监前锋军事、前将军，进攻金城，晋兴相常据为使持节、征东将军，进攻左南，游击将军张统出白土，张天锡亲自率三万人进驻仓松，进攻李俨。李俨大败，入城坚守，派其子李纯向前秦苻坚求救。苻竖派他的部将王猛救援。张天锡大败，死者十分之二三。张天锡兵败后就撤兵而回，立其子张大怀为世子。
当时苻坚强盛，常常来进攻，军队没有停息的日子。张天锡很恐惧，就筑坛杀牲，率典军将军张宁、中坚将军马芮等，与东晋三公遥相盟誓，献书信给大司马桓温，约定在咸安元年（371年）夏季誓师共同大举进兵。派从事中郎韩博、奋节将军康妙奏表章，并送盟誓文书。
太元元年（376年），苻坚派其部将苟苌、毛当、梁熙、姚苌前来进犯，渡过石城津。张天锡召集人商议对策，中录事席仂说：“先公既然有旧例，可等待时机再思后变，这是孙仲谋能伸能屈的策略。”众人都认为席仂年老胆怯，说：“龙骧将军马达，率精兵一万抗御敌寇，必不敢进。”广武太守辛章据城固守。辛章与晋兴相彭知正、西平相赵疑商议说：“马达出身于行伍，必不被重用，那么秦军就要深入了。我们一起率三郡的精兵，断绝他的粮草运输，可以决定一国的命运。”征东将军常据也想先攻击姚苌，等候张天锡的命令。张天锡率一万人屯兵金昌城。马达率万人迎战姚苌等，请求投降，军人散逃。常据、席仂都战死了。司兵赵充哲与姚苌苦战，又战死了。中卫将军史景也死于阵中。张天锡极为恐惧，亲自出城交战，城中又反叛。张天锡很窘迫，向姚苌等投降，前凉政权灭亡。苻坚先给张天锡盖好宅第，张天锡来到之后，任为尚书，封归义侯。
太元八年（383年），苻坚发兵攻打东晋，即淝水之战，任命张天锡担任苻融的征南司马。苻坚在淝水之战失败后，张天锡归顺东晋，东晋朝廷下诏任命张天锡为散骑常侍、左员外，恢复西平郡公的爵位。不久，拜授张天锡为金紫光禄大夫。
张天锡从小有文才，誉满远近。到东晋朝廷后，很受恩遇。朝中官员因为他是亡国俘虏，大都一起诋毁他。会稽王司马道子曾经问他西方的特产，张天锡应声回答说：“桑葚甘甜，鸱鸮吃了改变声音；乳酪养性，人吃了没有妒心。”后来精神昏乱，虽然有爵位，不再被人看作同列。隆安元年（397年），会稽世子司马元显执政，常常把他召来，拿他戏弄开心。因为他家贫穷，拜授庐江太守，本官如旧。桓玄专权时，想要招来安抚四方远地，就用张天锡为护羌校尉、凉州刺史。隆安二年（398年），张天锡去世，享年六十一岁。追赠为金紫光禄大夫。
凉国的灭亡不是一代君主所能够造就的，他的灭亡起源自张茂，最终在张作时期开始全面爆发，当然最终把这个国家弄到灭亡境地的是张天锡。因为他们的荒淫无道和大兴土木，把国家的资源耗尽了。等到兵临城下，自然这个国家就灭亡了。
