张伯行在勤政之余，一生孜孜求学，穷究程朱之学说，躬身倡导，为儒林所推重。雍正帝称他是一代“礼乐名臣”。
张伯行出身于礼乐之家，从小就受到孔子儒学的严格教育。及长，恪遵家教，又受到当时崇尚儒学的深刻影响，埋头苦学儒家经典，天天诵读、手抄，掌握了儒家特别是宋明理学的基本精髓。这为他以后的治学奠定了基础。及至从政以后，无论在鞍马、舟车之上，无论是在何等困境之中，他都手不释卷，读书研究不分昼夜和寒暑，“以道为娱”。他终生勤奋好学，卓有成就，确为同时代人树立了一个榜样。
张伯行笃信儒家，独尊程朱之学，作为自己研究学问和为政的指导思想。他说：“千圣之学，括于一敬。故道莫大于体仁，学莫先于主敬。”他把儒家各代所学和主张概括成一“敬”字，因此学习儒家思想，应当把“主敬”放在首要地位。他比较各家学术思想，说：“《论语》言，君子喻于义，小人喻于利。老氏贪生，佛者畏死，烈士徇名，皆刊也。”凡此皆不是“正学”，皆不足取。惟“孔子集群圣之大成，朱子（熹）集诸儒之大成”，他们的学说思想“皆忠君爱国，明体达用之言”。他特别反对陆九渊、王阳明的学术思想，视他们是“异端邪说”，对贯彻儒学妨碍极大。因此，他不遗余力地加以抨击，甚至奋声疾呼：“陆王之学不熄，程朱之学不明！”这一切都表明张伯行是纯正的儒家学者、程朱的信徒。
张伯行致力于文化教育，培养人才，多所建树。康熙三十四年（1695），伯行归故里守制，设义学，召揽学生，接着，又自建“请见书院”。以后，他到哪里做官，就在哪里设书院。如，在济宁道时，自己出资办“清源书院”、“夏镇书院”；在江苏巡抚任，建“紫阳书院”；在福建，设“鳌峰书院”，等等。这些书院的设立，吸引了大江南北的青年前来学习。伯行每乘从政之暇亲至书院讲学。这对繁荣文化、培养人才起了促进作用。
张伯行既从政，又办学，还写书，自行编纂文集，著述甚是丰富。如，《正谊堂文集》、《道学源流》、《困学录》、《濂洛关闽集解》、《伊洛渊源录》、《性理正宗》等书，还有记述他治河的《居济一得》，不下百余种。这些著述丰富了清代文化的内容，是值得重视的一份历史遗产。
康熙六十一年，康熙帝去世，雍正帝即位。张伯行以清官廉吏和学风纯正而受到雍正帝的敬重。次年，雍正元年（1723），他以七十三岁的高龄，接受雍正帝的任命，升任礼部尚书。雍正帝并赐与“礼乐名臣”榜，给予很高的赞誉。雍正二年（1724），伯行七十四岁，还受雍正帝委托，前往阙里，祭祀“崇圣祠”。
雍正三年（1725）二月初，七十五岁的张伯行病了，他自感他的人生已临近尽头，便留下他最后的一份遗疏，吁请雍正帝崇尚“正学”即儒学与理学，奖励和扶持正直的大臣。延至二月十六日，与世长辞。
雍正帝赠谥“清恪”，追赠太子太保。光绪四年（1878），准张伯行从祀文庙。清代以名臣从祀文庙的，仅张伯行、汤斌、陆陇其三人。