基金会的奖学金去法国巴黎大学留学。1936年获博士学位，并获得中华教育文化基金会的奖金。考察了德国马普博物馆、柏林大学博物馆、法兰克富哥德博物馆；比利时的皇家博物馆、瑞士博物馆、荷兰海牙博物馆、英国不列颠自然博物馆。1937年应竺可桢的聘请，任浙江大学教授，抗战开始后随校迁到贵州。1943年应国立复旦大学邀请，到重庆。在重庆谢绝国民党要人接见，直奔北碚上课。1946年随复旦大学回上海。

建国后，1951～1952年任复旦大学生物学系主任。1952年院系调整后，任生物系副系主任兼动物学教研室主任。1958年调任黑龙江大学任教，并承担筹建该校生物学系的工作。1963年该校生物系合并到哈尔滨师范学院，张孟闻随系到哈尔滨师范学院任教。1976年退休前移居上海。1980年受聘于华东师范大学生物系，为兼任教授，1982年任该校自然科学史研究所教授。

张孟闻在复旦大学任教16年，教书育人，为人师表。他热爱祖国，为人正直，襟怀坦白，努力工作。他担任生物系领导工作，更是尽心尽力