早年经历
张兆旭小时候体育成绩并不突出，父母也从未从事过体育运动，2002年初中毕业后，父母见张兆旭身高已经达到2米05，将他送到了烟台市体校篮球队，入队第一天，教练就带着他去测试骨龄，结论是张兆旭能长到2米17，于是教练找到张兆旭父母，希望能让他加入体校。
张兆旭进入了烟台市体校。在烟台体校练了一年后，又到了山东省体校。2004年加盟山东青年队，当时在青年联赛还是菜鸟的他每场只能得到两三分；2005年，张兆旭场均拿下15分，并帮助山东青年队获得全国冠军。
2005年，张兆旭到上海参加了某著名体育品牌举办的训练营，并被选到美国参加该项目的全球训练营。随后在2006年成为中国一项青年赛事的明星球员，随后到美国一所学校学习，同时作为加利福利亚极限队球员参加美国业余体育联盟的比赛，最终于2007年加盟加州大学伯克利分校（简称UCB），而身高2米21的他也是校队历史上最高的球员。
2009-10赛季NCAA，张兆旭共出战27场，场均10.6分钟贡献3.1分2.4板，他在上赛季一共送出37个盖帽，场均达1.4个。其中盖帽数名列赛区第二，在球队92-66击败斯坦福大学的比赛中，张兆旭得到他生涯最高的13分4篮板3盖帽。
2009年世界大学生运动会，张兆旭作为中国男子篮球队的第一高度，他在大运会的第一场比赛中就拿下了15分、16个篮板和8次封盖的准三双数据，而第二战对加拿大他拿下了12分15篮板以及10次盖帽，对阵澳大利亚拿下拿下18分22篮板2次盖帽，而在对阵伊朗时得到25分、12篮板和10盖帽。
运动生涯
CBA时期
上海时期
2010年11月1日，上海大鲨鱼俱乐部官网下午正式宣布张兆旭加盟球队，新赛季他将代表上海队参加CBA联赛。
2010-11赛季，张兆旭的这个赛季并不顺利，赛季之初他饱受质疑，迟迟打不开局面，之后又患了气胸导致休战了很长时间。上海男篮引进张兆旭时，把他当作上海队未来建队核心，他刚进入CBA前两年也取得了很大的进步。2011-12赛季，张兆旭进攻手段变多了，他侧身向篮下挤压运球后，能够用小勾手投篮得分。
2012-13赛季，张兆旭他的各项数据下降严重，进攻手段更是非常单一，又成了那个只会靠着身高优势做着单纯防守的“慢动作机器人”。场均出战27分钟可以拿下8.5分和8.0个篮板球，此外还有2.9次封盖。2013年2月16日，上海男篮在主场以115比96战胜吉林队，张兆旭独得20分，打平生涯单场得分纪录，19个篮板也创生涯新高。
2013年5月10日，上海队召开新闻发布会宣布球队续约张兆旭5年。
2014年1月16日，上海在客场以84比91输给了广厦，张兆旭连续数十场有得分与盖帽的纪录同时终止。
2014年2月7日，篮协网站公布了2013-2014CBA联赛常规赛技术统计单项奖名单。张兆旭凭借场均2.4个盖帽成为盖帽王。
2014-15赛季，在刘炜离开之后，张兆旭成为了球队历史上的第四任队长，前三任分别为毛海滨、章文琪和刘炜。
2018年7月31日，上海男篮官方宣布，球队正式与内线球员张兆旭续约。
2019年3月13日，2018-19赛季CBA常规赛的结束，常规赛各单项数据榜单也随之出炉。张兆旭本赛季场均贡献2.7次封盖，成为联盟盖帽王。
2019年10月26日，新赛季CBA体测继续进行，在上午的测试中，上海男篮球员张兆旭在进行100kg深蹲体测时意外受伤，目前已被120担架抬走，送往医院进行检查。
2020年1月17日，近日有报道称，赛季前体测受伤的张兆旭需要补测深蹲项目才能获得本赛季的参赛资格。新京报记者从消息人士处得到证实，张兆旭的补测几成定局。
2020年2月18日，CBA联盟发布通知，在体能测试第六次补测中，上海球员张兆旭顺利通过，自常规赛第31轮开始可以参加比赛。
2020年9月8日，上海男篮提交10位球员的注册材料。此次注册信息显示，张兆旭为D类合同（顶薪合同）续约。
2020年12月3日，CBA常规赛第13轮，上海男篮迎来第二阶段首个对手四川队，而这也是“大鲨鱼”队长张兆旭伤愈复出后的首秀。然而结果却并不美好，上海男篮首节打出噩梦般的表现单节净负17分，尽管在此后三节不断追赶，最终仍以102比96告负。
2021年3月6日，CBA常规赛，上海对阵辽宁。本场比赛，张兆旭拿到2个盖帽，生涯总盖帽数来到734个，追平易建联，升至历史第二。
2021年7月7日，上海久事大鲨鱼男篮宣布，球员张兆旭离队。
天津时期
2021年7月9日，张兆旭已经与天津先行者男篮俱乐部完成签约手续，天津队为他开出顶薪合同。新赛季，张兆旭将身披33号战袍代表天津出战CBA联赛。
2021年8月17日，CBA官网更新国内球员注册信息，天津队四名球员进入注册公示期。其中，张兆旭与天津队的合同为2年D类顶薪合同。
2022年1月25日，天津队以96比112输给了首钢队。在这场比赛中张兆旭在首节胸部受伤，此后并未继续出战。张兆旭在赛后进行拍片检查，胸部软组织挫伤，并未伤及骨头。
国家队经历
2010年5月份，张兆旭加入中国男篮集训队，并最终入选土耳其世锦赛12人名单。在小组赛对阵土耳其一役中，张兆旭出战21分钟，拿下4分3盖帽。
2010年10月26日，中国男篮公布了亚运会12人名单，张兆旭再次入选。
2011年，张兆旭入选国家队打亚锦赛。
2012年伦敦奥运会，张兆旭入选中国男篮12人大名单，代表国家队参赛。
2013年全运会，张兆旭加盟山东队出战，结果表现让人大失所望，有两场比赛出现0得分加0篮板的情况，表现最好的一场比赛，也仅仅是得到12分。
生涯数据
获奖记录
场外生活
感情生活
2014年4月25日，张兆旭在老家山东烟台举办婚礼。新娘刘玥彤比张兆旭小一岁，山东济宁人，穿上高跟鞋才到张兆旭胸口。姚明、丁俊晖、林丹、范玮琪“组团”纷纷送上祝福。
人物评价
张兆旭是我们的未来型球员，他是为伦敦奥运会准备的。 （邓华德评）
自此姚明02年加盟NBA，上海队始终没有再拥有过国手级别的内线球员，年轻的张兆旭将会撑起上海队未来的内线，或许他会成为上海男篮下一个“姚明”。（腾讯体育评）
