1995年，年仅32岁的张首晟被聘为斯坦福大学物理系教授，成为斯坦福大学最年轻的终身教授之一。

2010年获欧洲物理奖 (Europhysics Prize)。

2012年获美国物理学会Oliver Buckley奖。

2012年荣获联合国教科文组织下属的国际理论物理学中心狄拉克奖 (Dirac Medal and Prize)。

2013年获物理前沿奖(Physics Frontier Prize)，与著名物理学家霍金一起登台领奖。入选中国科学院外籍院士。

2014年，荣获富兰克林奖 (Benjamin Franklin Medal)。该奖历届得主有科学巨人爱因斯坦、居里夫人(MadameCurie)、霍金(StephenHawking)、杨振宁，与116位诺奖得主，还有发明大师爱迪生(ThomasEdison，电灯发明者)、特斯拉(NikolaTesla，交流电网发明者)、贝尔(Alexander Bell，电话发明者) 与莱特(OrvilleWright，飞机发明者)。

2015年，入选美国科学院院士。