Uscito dall'Accademia Cinematografica di Pechino, Zhang iniziò la sua carriera nel cinema come direttore della fotografia per The Candidate (1983). Benché avesse già lavorato a molti film, ha ricevuto il giusto riconoscimento solo quando si è occupato, in veste di direttore della fotografia, di Red Cherry (1995), un film che parlava di studenti cinesi in Russia durante l'invasione nazista, durante la seconda Guerra mondiale. Anche se un po' controverso, il film fu il più grande successo d'incasso in Cina, nel 1996, e ricevette il premio come miglior film al Golden Rooster Awards.
Da allora, Zhang ha collaborato a molti film ad alto costo come Roaring Across The Horizon (1999), per il quale ha vinto il premio Golden Rooster. Il regista Feng Xiaogang, incantato dal talento innato di Zhang, ha lavorato con lui in Un funerale dell'altro mondo (2000), A World Without Thieves (2004) e Il banchetto (2006), per il quale Zhang ha ricevuto il premio come migliore direttore della fotografia all'Asia Pacific Film Festival. Oltre alla sua brillante carriera come direttore della fotografia, Zhang è molto attivo anche come regista televisivo per il mercato domestico Cinese.
In La battaglia dei tre regni Zhang Li è subentrato al suo amico Lu Yue che ha dovuto abbandonare il set dopo cinque mesi di riprese per motivi di salute.