张仁愿原名仁亶，年轻时文武全才，武则天在位时官至殿中侍御史。当时，御史郭霸上表称武则天是弥勒佛转世，凤阁舍人张嘉福、王庆之也上表请求立武承嗣为皇太子，都邀请张仁愿在表章上署名。张仁愿严辞拒绝，因此受到有识之士的器重。
与王孝杰关系不睦。夏官尚书王孝杰担任吐刺军总管时，张仁愿为监军，派人去向皇帝告状，使王孝杰被削官为民，而张仁愿则升为侍御史。
697年，任命张仁愿为肃政台中丞，检校幽州都督。698年，武则天命他兼任并州大都督府长史。702年武则天命张仁愿负责幽州、平州(今河北卢龙)、妫州(今河北怀来东南)、檀州(今北京密云)四州防御，与薛季昶互为犄角，共拒突厥。706年，唐中宗任命张仁愿为左屯卫大将军、检校洛州长史，因政绩突出为人称赞道：“洛州有前贾后张，可敌京兆三王。”707年，张仁愿被任命为朔方军大总管、御史大夫，屯边防御突厥。
漠南腹地修筑三城，建立三受降城体系，掘墓后突厥。
当时，朔方军与突厥以黄河为界，而在黄河北岸有一拂云祠。突厥每次出兵，都要在祠中祈祷，然后再发兵南下。708年，默啜统帅全军西攻突骑施(西突厥部落)，后方兵力空虚。张仁愿便上奏朝廷，请求乘机夺取漠南之地，并沿黄河北岸修筑三座首尾相应的受降城，以断绝突厥南侵之路。
奏疏送至京城后，唐中宗召集大臣商议对策。太子少师唐休璟表示反对，并道：“两汉以来，朝廷都是北守黄河，如今在敌虏腹地筑城，兴师动众，劳民伤财，最终只怕还是要被敌虏占据。”张仁愿执意请求，最终得到中宗同意。
张仁愿又上表请求留下戍边岁满的兵士，以加快工程进度。当时有二百多咸阳籍士兵不愿筑城，集体逃走，结果被张仁愿抓回，全部斩于城下。从此，筑城军民无不尽心尽力，只用了两个月的时间便将三城全部筑成。
三座城池中，拂云祠为中受降城(在今内蒙古包头西)，南对朔方，而西城南对灵武，东城南对榆林，三城相距各有四百多里，北面都是沙漠。张仁愿又向北拓地三百多里，并在牛头朝那山(今内蒙古固阳东)北设置烽火台一千八百所。从此，突厥不敢度山放牧，朔方不再受其攻掠，每年节省军费上亿，裁减镇兵数万人。
后突厥汗国非常强大之时，唐朝张仁愿在漠南突厥之地建立三受降城体系，三受降城体系是唐朝建立的进攻型军事重镇体系，使突厥汗国的根据地、政治军事经济的中心地区成为唐朝北疆内的军事地区，被唐朝控制。后突厥默啜可汗无力返回漠南，不得不返回漠北。唐朝张仁愿建立三受降城体系，严重削弱了后突厥汗国。自唐朝张仁愿建立三受降城体系取漠南后，后突厥汗国的国力大为削弱，最后被唐朝与回纥联合攻灭。后突厥汗国的衰弱与灭亡，唐朝张仁愿建立三受降城是其重要原因。
不久，张仁愿回朝任职，担任同中书门下三品，成为宰相，并拜左卫大将军，封韩国公。同年秋，张仁愿再次返回边地，唐中宗还亲自赋诗饯行，后又加镇军大将军。唐中宗李显评价：“持节朔方道大总管右屯卫大将军张仁愿，器宇端雅，风神秀杰，谋韬玉帐，寄重金坛。故得累司文武，历参边镇。蓟州作牧，既纾东顾之忧;榆塞总兵，方释北垂之虑。”1123年(北宋宣和五年)，宋室依照唐代惯例，为古代名将设庙，七十二位名将中亦包括张仁亶(张仁愿)。唐朝名将，我们记得李靖、记得侯君集，谁还记得张仁愿，然而他的丰功伟绩不输给凌烟阁的任何一位功臣。
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