早年經曆
張兆旭小時候體育成績并不突出，父母也從未從事過體育運動，2002年初中畢業後，父母見張兆旭身高已經達到2米05，将他送到了煙台市體校籃球隊，入隊第一天，教練就帶着他去測試骨齡，結論是張兆旭能長到2米17，于是教練找到張兆旭父母，希望能讓他加入體校。
張兆旭進入了煙台市體校。在煙台體校練了一年後，又到了山東省體校。2004年加盟山東青年隊，當時在青年聯賽還是菜鳥的他每場隻能得到兩三分；2005年，張兆旭場均拿下15分，并幫助山東青年隊獲得全國冠軍。
2005年，張兆旭到上海參加了某著名體育品牌舉辦的訓練營，并被選到美國參加該項目的全球訓練營。随後在2006年成為中國一項青年賽事的明星球員，随後到美國一所學校學習，同時作為加利福利亞極限隊球員參加美國業餘體育聯盟的比賽，最終于2007年加盟加州大學伯克利分校（簡稱UCB），而身高2米21的他也是校隊曆史上最高的球員。
2009-10賽季NCAA，張兆旭共出戰27場，場均10.6分鐘貢獻3.1分2.4闆，他在上賽季一共送出37個蓋帽，場均達1.4個。其中蓋帽數名列賽區第二，在球隊92-66擊敗斯坦福大學的比賽中，張兆旭得到他生涯最高的13分4籃闆3蓋帽。
2009年世界大學生運動會，張兆旭作為中國男子籃球隊的第一高度，他在大運會的第一場比賽中就拿下了15分、16個籃闆和8次封蓋的準三雙數據，而第二戰對加拿大他拿下了12分15籃闆以及10次蓋帽，對陣澳大利亞拿下拿下18分22籃闆2次蓋帽，而在對陣伊朗時得到25分、12籃闆和10蓋帽。
運動生涯
CBA時期
上海時期
2010年11月1日，上海大鲨魚俱樂部官網下午正式宣布張兆旭加盟球隊，新賽季他将代表上海隊參加CBA聯賽。
2010-11賽季，張兆旭的這個賽季并不順利，賽季之初他飽受質疑，遲遲打不開局面，之後又患了氣胸導緻休戰了很長時間。上海男籃引進張兆旭時，把他當作上海隊未來建隊核心，他剛進入CBA前兩年也取得了很大的進步。2011-12賽季，張兆旭進攻手段變多了，他側身向籃下擠壓運球後，能夠用小勾手投籃得分。
2012-13賽季，張兆旭他的各項數據下降嚴重，進攻手段更是非常單一，又成了那個隻會靠着身高優勢做着單純防守的“慢動作機器人”。場均出戰27分鐘可以拿下8.5分和8.0個籃闆球，此外還有2.9次封蓋。2013年2月16日，上海男籃在主場以115比96戰勝吉林隊，張兆旭獨得20分，打平生涯單場得分紀錄，19個籃闆也創生涯新高。
2013年5月10日，上海隊召開新聞發布會宣布球隊續約張兆旭5年。
2014年1月16日，上海在客場以84比91輸給了廣廈，張兆旭連續數十場有得分與蓋帽的紀錄同時終止。
2014年2月7日，籃協網站公布了2013-2014CBA聯賽常規賽技術統計單項獎名單。張兆旭憑借場均2.4個蓋帽成為蓋帽王。
2014-15賽季，在劉炜離開之後，張兆旭成為了球隊曆史上的第四任隊長，前三任分别為毛海濱、章文琪和劉炜。
2018年7月31日，上海男籃官方宣布，球隊正式與内線球員張兆旭續約。
2019年3月13日，2018-19賽季CBA常規賽的結束，常規賽各單項數據榜單也随之出爐。張兆旭本賽季場均貢獻2.7次封蓋，成為聯盟蓋帽王。
2019年10月26日，新賽季CBA體測繼續進行，在上午的測試中，上海男籃球員張兆旭在進行100kg深蹲體測時意外受傷，目前已被120擔架擡走，送往醫院進行檢查。
2020年1月17日，近日有報道稱，賽季前體測受傷的張兆旭需要補測深蹲項目才能獲得本賽季的參賽資格。新京報記者從消息人士處得到證實，張兆旭的補測幾成定局。
2020年2月18日，CBA聯盟發布通知，在體能測試第六次補測中，上海球員張兆旭順利通過，自常規賽第31輪開始可以參加比賽。
2020年9月8日，上海男籃提交10位球員的注冊材料。此次注冊信息顯示，張兆旭為D類合同（頂薪合同）續約。
2020年12月3日，CBA常規賽第13輪，上海男籃迎來第二階段首個對手四川隊，而這也是“大鲨魚”隊長張兆旭傷愈複出後的首秀。然而結果卻并不美好，上海男籃首節打出噩夢般的表現單節淨負17分，盡管在此後三節不斷追趕，最終仍以102比96告負。
2021年3月6日，CBA常規賽，上海對陣遼甯。本場比賽，張兆旭拿到2個蓋帽，生涯總蓋帽數來到734個，追平易建聯，升至曆史第二。
2021年7月7日，上海久事大鲨魚男籃宣布，球員張兆旭離隊。
天津時期
2021年7月9日，張兆旭已經與天津先行者男籃俱樂部完成簽約手續，天津隊為他開出頂薪合同。新賽季，張兆旭将身披33号戰袍代表天津出戰CBA聯賽。
2021年8月17日，CBA官網更新國内球員注冊信息，天津隊四名球員進入注冊公示期。其中，張兆旭與天津隊的合同為2年D類頂薪合同。
2022年1月25日，天津隊以96比112輸給了首鋼隊。在這場比賽中張兆旭在首節胸部受傷，此後并未繼續出戰。張兆旭在賽後進行拍片檢查，胸部軟組織挫傷，并未傷及骨頭。
國家隊經曆
2010年5月份，張兆旭加入中國男籃集訓隊，并最終入選土耳其世錦賽12人名單。在小組賽對陣土耳其一役中，張兆旭出戰21分鐘，拿下4分3蓋帽。
2010年10月26日，中國男籃公布了亞運會12人名單，張兆旭再次入選。
2011年，張兆旭入選國家隊打亞錦賽。
2012年倫敦奧運會，張兆旭入選中國男籃12人大名單，代表國家隊參賽。
2013年全運會，張兆旭加盟山東隊出戰，結果表現讓人大失所望，有兩場比賽出現0得分加0籃闆的情況，表現最好的一場比賽，也僅僅是得到12分。
生涯數據
獲獎記錄
場外生活
感情生活
2014年4月25日，張兆旭在老家山東煙台舉辦婚禮。新娘劉玥彤比張兆旭小一歲，山東濟甯人，穿上高跟鞋才到張兆旭胸口。姚明、丁俊晖、林丹、範玮琪“組團”紛紛送上祝福。
人物評價
張兆旭是我們的未來型球員，他是為倫敦奧運會準備的。 （鄧華德評）
自此姚明02年加盟NBA，上海隊始終沒有再擁有過國手級别的内線球員，年輕的張兆旭将會撐起上海隊未來的内線，或許他會成為上海男籃下一個“姚明”。（騰訊體育評）
