평양 출신. 6세 때 어머니를 여의고 11세에 서당에 들어가 공부하였으나, 아버지마저 돌아가시자 학업을 포기하지 않을 수 없었다. 이때부터 각지로 전전하면서 남의 집 상점 점원으로도 일하고 잡화상도 경영하면서 평양에서 청일전쟁을 직접 체험하였다. 청일 양군이 싸우는 것을 보고, 이는 우리나라의 국세가 약하기 때문에 외국 군대가 함부로 들어와서 전쟁을 하는 것이라고 생각하고, 기울어져 가는 국가의 운명을 바로잡는 데 헌신하기로 결심하였다.
1904년 하와이로 이민, 코할라(Kohala) 사탕수수농장에서 2년간 일한 뒤 1906년 다시 캘리포니아로 이주하여 막노동자로 살았다. 을사조약의 강제 체결로 조국의 주권이 침탈된 데 통분하여 대동보국회(大同保國會)에 가입하여 독립투쟁을 벌이기로 결심하고 기회가 오기만을 기다렸다. 이때 통감부 외무고문 친일매국노 스티븐스(Stevens, D.W.)가 샌프란시스코에 와서 ‘일본의 한국지배는 한국에게 유익하다(샌프란시스코 크로니클, 1908.3.21)’라고 친일성명을 발표하자 국적(國賊) 스티븐스를 죽이기로 결심하였다.
1908년 3월 23일 아침 오클랜드 선창에서 스티븐스를 기다렸다가 하차하는 스티븐스를 권총으로 저격, 사살하였다. 장인환은 스티븐스를 저격하고, “스티븐스는 일본의 보호정치를 도와주었다. 이런 매국노를 죽이지 아니하면 우리나라의 운명은 영영 사라지고 말 것이다. 그를 죽이고 나도 죽는다면 조국 대한의 영광이 될 것이다”(샌프란시스코 크로니클, 1908.3.23)라고 선언하였다. 그 즉시 장인환은 체포되어 사형이 구형되었지만, 교포의 재판후원회와 변호인들이 장인환의 거사는 애국행위이므로 무죄를 주장하여 2급살인죄로 25년 금고형(禁錮刑) 판결을 받았다.
장인환은 재판정에서 동지들에게 “조국해방과 자유의 민주대한(民主大韓)을 건설하기 바란다(장인환재판기록, 1909∼1919)”고 최후 진술하고, 샌퀸틴(San Quentin)형무소에서 10년간 복역하였다. 1919년 1월 가석방되었다. 1927년 4월 일시 귀국한 뒤 평양에서 결혼까지 하였으나, 일제의 감시에 못 이겨 혼자 미국으로 돌아갔다. 그러나 실의와 병고 끝에 1930년 5월 22일 처자 없는 외로운 신세로 자살하고 말았다.
샌프란시스코 사이프러스공동묘지에 안장되었으나 1975년 국립묘지로 이장되었고, 1962년 건국훈장 대통령장이 추서되었다.