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1966年出生于山西太原，12岁考入中国科技大学少年班，23岁获得美国乔治·华盛顿大学电气工程博士学位，曾就读哈佛大学高级主管商业专业。

他是数字影像和视频技术、多媒体通讯及Internet方面的世界级专家。

1997年，年仅31岁的张亚勤被授予美国电气电子工程协会院士(FellowofIEEE)称号，成为该协会100年历史上获得这一荣誉的最年轻的科学家。他拥有60项美国专利，其中多项专利已成为ISO和ITU的国际标准。

1999年，张亚勤回到中国，加盟当时的微软中国研究院，致力于数据压缩、视频、多媒体及Internet等方面的研究工作。目前，他是全球20所大学的客座或名誉教授。

张亚勤于1999年1月加盟微软亚洲研究院(原微软中国研究院)后，出任副院长兼首席科学家。2000年8月，他接下李开复手中的接力棒，出任研究院院长。在他的带领下，微软中国研究院于2001年11月升级为微软亚洲研究院，并逐步发展成为世界一流的基础科研机构。该机构目前汇集了国内外170位优秀的科研人员，在世界权威学术会议和刊物上发表论文700余篇，有70多项技术转移到微软的核心产品当中，其中包括微软下一代操作系统Longhorn。

2004年1月7日微软公司宣布，原微软亚洲研究院院长张亚勤博士将升任微软公司全球副总裁。至此，38岁的张亚勤成为继李开复之后进入微软核心层的又一位华人。

2007年9月19日，微软中国宣布，微软大中华区CEO陈永正卸任，公司已开始在全球范围内物色其继任者。在此期间，微软全球资深副总裁、微软中国研发集团主席张亚勤出任微软大中华区代理CEO。