张桂轩终生好学，曾先后投师十多位，亦曾拜京剧前辈“三麻子”
王鸿寿、“老乡亲”
孙菊仙等为师。他勤学苦练，就在逝世的前几天，90岁高龄时以惊人的毅力，仍翻单杠、练“
飞天十三响”，另大家无不钦佩。1963年2月27日在南京病逝。
11岁入天津永胜和科班学艺，初习
老生后改
武生，长靠、短打、箭衣皆能，扮相英气勃勃，唱念声气激昂。18岁出科后，拜名家景四宝（台湾武丑景正飞之曾祖父）为师，曾于山东、河南等地搭班演出，所演《挑滑车》《
下河东》《
独木关》《翠屏山》《
花蝴蝶》《白水滩》等，早年媒体曾有赞文。宣统元年（1909）后才从东北至上海演出。张桂轩与
李春来、
盖叫天、
张德俊被誉为
武生“江南四杰”。二十世纪三十年代初由沪至宁，1952年以近八旬高龄至
南京军事学院任武术教授。1954年到南京市少年京剧团执教。
抗美援朝时，为捐献飞机大炮，主动请缨粉墨登场，剃须重登舞台义演了其杰作《白水滩》，可见其功底之深厚与爱国之心。1956年84岁时，又示范演出了《凤鸣关》，嗓音清亮，开打利落，使老年赵子龙的形象再现舞台。在近80年的舞台生涯中，艺术表演不断创新，其舞台技艺独树一帜，享有“活十一郎”、“活石秀”之美誉。《白水滩》的齐眉棍、《翠屏山》的大六合刀、《铁公鸡》的真刀真枪、《
花蝴蝶》的鼎功、《谁敢拿我》的杠子功，以及
武老生戏《绝燕岭》的新颖把子功等，都令人叫绝。所演《
界牌关》为昆曲，《伐子都》唱梆子，是位对京剧艺术有突出贡献的表演艺术家。
据现有记载的史料，张桂轩等应是最早把京剧艺术传播到国外的艺术家。早在清光绪十七年（1891年），不满20岁的张桂轩，他所参加的民间京剧班社，应旅日侨胞的邀请，东渡扶桑演出。此赴日演出班社，主要是由武戏演员组成。演出剧目为《白水滩》《翠屏山》《
花蝴蝶》《铁公鸡》《大卖艺》等武戏。精湛的演技引起轰动，使日本朝野为之倾倒。各地纷纷邀请演出，曾先后演于长崎、大坂、东京、神户等城市，演出时间竟长达3年之久，这在京剧史上是罕见的。也正由于时间长久，张桂轩亦因此在日本结了婚，后携这位日本夫人归来。在返回途中，又应韩国之邀赴汉城演出。后又取道东北，到与黑龙江较近的俄国海参崴、伯力、双城子等地演出3年多。光绪末年，又应邀赴西伯利亚等地演出。归国后以“勇猛
武生”享誉东北各地。