1981年張桐出生於天津一個普通的家庭，從小就品學兼優，高考時以優異的成績考上了南開大學。
本來考上全國名牌大學，前途一片光明，但上了半年學之後他卻突然萌生了去演戲的想法。父母知道後非常反對毫無娛樂圈資源的他去撞得頭破血流，但他青春叛逆勁兒上來了，死活不願意再去上學了，他說看到同學都不順眼。父母退而求其次讓他畢業了再去學表演，好歹也不會荒廢學業，可他也依舊聽不進去。在各種爭吵和冷戰之後，架不住孩子的牛脾氣，最終父母還是賣掉了唯一的房子，還找親戚借了個遍，把他送到了法國。
張桐來到了法國里昂藝術戲劇學院，因為覺得自己的選擇非常對不起父母，在學校他非常努力學習表演，也過得十分節省。最落魄的時候，他買狗糧當主食，因為花3歐元可以買很大一大袋狗糧，吃一週。但是2年之後，再浪漫的法國，現實生活的窘迫，也讓他不得不肄業回國。
初入娛樂圈，一窮二白，沒有人脈，當演員也並沒有很好的長相優勢。他便蹲守在北影門口逮機會當群演，後來慢慢跑的組多了成了群演頭子，再後來給別人當替身。終於，在2002年，在電視劇《花開也有聲》中他有了一個有名字的角色，這讓他對自己的演藝前景充滿希望。
於是他打印了自己的簡歷，開始四處跑組。因為沒有什麼名氣，基本就靠自己一個賓館一個賓館的去找貼了條兒的門敲。跑了100多個劇組之後，遇到了《亮劍》。當時《亮劍》劇組的演員差不多都已經定好了，第二天就要進組開拍了，但導演當時總覺得定下的“魏和尚”差那麼點意思。當張桐遞上了簡歷之後，導演看到他的特長“會武術”，有了幾分興趣，讓他現場表演一下。一個站樁，讓導演覺得他的氣質有點“魏和尚”的感覺，便跟他講了一下“魏和尚”這個角色，問他願意不願意出演。
張桐心裡一想，一抗戰劇，演一個和尚大概也就是幾個鏡頭，自己還得剃頭髮，點戒疤，有點不願意。但導演給了他一個劇本，讓他看看劇本再說。他拿著劇本找了一個網吧，一看傻眼了，原來是一個戲份很重的角色。這對於當時的他來說，從群演一下子就變成了戲份頗多的配角，是一個質的飛躍。於是看完劇本後在半夜11點多他激動地給導演打了電話表示願意演“魏和尚”，什麼條件都答應，不給錢也去。
《亮劍》播出之後，盛況空前，創造了抗戰劇收視神話，口碑也可喜，他扮演的“魏和尚”也深受觀眾喜歡。而他的演技，不僅獲得了《亮劍》導演的高度讚揚，也得到了觀眾們的一致肯定。這一年是2005年，當時他24歲。一下子就紅了。
《亮劍》讓他一戰成名，後續各種邀約接踵而至，他又參演了《密令1949》、《仁者無敵》、《闖關東中篇》等抗戰劇，名號越來越響。開始接《野鴨子》等都市情感劇，當大男主。
但2010年，他的人生卻發生了一個重大的轉折。
當時，一位張桐熟知的製片人大哥給他介紹了一部電視劇，這位大哥告訴他該劇的導演非常牛，跟過國內很大牌的導演，這次是這位牛導自編自導的第一部劇，非常值得期待。於是，張桐在家仔細做了一番功課後，帶著幾分對導演的崇拜進了組。
可是開拍第一天就發現不對了，不管他怎麼演，導演就是說不行，這裡也不對，那裡也不對。而對於導演提出的改進方法，恰恰是他又覺得不對的。被質疑後他每天回家都琢磨劇本，可是越琢磨，導演越說不對。到後來只要他不按照導演的方法演，導演就會臉色特別難看。這讓平時對自己有幾分自信的他很的挫敗感。再到後來，有時候他正演得好好的，導演拿著喇叭大喊：我不希望你這麼演，我不喜歡你這麼笑。諸如此類的喊聲他成為了整個劇組的焦點，久而久之，合作的對手演員也開始對他有看法，覺得他不會演戲，拖累了整個劇的進度，開始對他冷暴力。
被全劇組冷漠對待，被導演各種打壓，嘲諷，讓平時就對自己要求嚴格的張桐開始懷疑自己確實不會演戲？後來即使拍別的戲，對於別人的誇獎，他也感受不到了。越來越大的壓力讓他一度精神崩潰，開始出現幻聽，最後發展成為重度抑鬱症。那段時間，他經常用手機砸頭，以同一個姿勢在電視機前眼神放空一坐10多個小時，再後來想要跳樓，想要吃安眠藥自殺。對她的女朋友發無名火，各種挑刺。
好在，這時候女朋友沒有放棄他，帶他去醫院治療，兩年多的時間無微不至的照顧，甚至在這段時間跟他領證結婚，包攬了一切婚禮籌備工作。治療了兩三年之後，他終於好了很多。後來接拍了《上陣父子兵》、《我和媽媽走長征》、《絕命後衛師》等電視劇，並且在2018年憑《絕命後衛師》獲得第31屆飛天獎優秀男演員獎，成為首位80後飛天視帝。
如今，他與妻子的婚姻已走過了七年之癢，恩愛如初，事業也在穩步前行。年近四十，開始看淡這些傷痛過往，終是成為了最好的自己。
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