张恩天自1965年在北京中国科学技术大学毕业后，响应党和国际的号召，来到黑龙江从事科研工作，历任研实员、助研、副研，1993年始任研究员，先后参加大庆油田、山东胜利油田和航空、航天领域多项重大科研项目的科技攻关。
从事高分子材料合成和结构型胶粘剂的研究近40年，作为学科带头人先后主持并完成国家和部级国防化工重点科技攻关项目21项，成果在航空、航天等高技术领域内广泛应用，为我国新型歼击机、火箭、卫星的研制做出了突出贡献。先后获得国际发明三等奖（第一位次）一项；省科技成果一，二，三，四等奖及国防科工委四等奖各一项。
    发明的“J-29带状泡沫结构粘合剂”，解决了蜂窝夹层结构件中蜂窝夹芯件的横向彼此拼接难题，为火箭、卫星壳体内异型、超大蜂窝夹芯的制造奠定了基础；解决了机翼中蜂窝夹芯的侧面与承力梁间的胶接从而解决了力的传递难题使飞机的机动性、可靠性大幅提高，在歼八，歼七三，10、11号工程，长征三号火箭和通讯卫星中广泛应用。发明的单一组分供货、潜伏固化机制、机械法无溶剂成膜工艺为我国结构胶膜的广泛开发做出了开拓性贡献。研制的J-101厚胶层高韧性环氧胶，在国内首先采用双增韧机制将环氧胶的剥离强度提高两倍，成功地解决了直升机主发动机与尾旋翼间三根传动轴的耐疲劳高震动接头间的胶接。率先在国内研制成功室温固化耐200℃、400℃胶粘剂。产品销售取得良好经济、社会效益。
    1991~1992年赴美国俄亥俄州克利夫兰市西保留地大学高分子科学系合作研究。1996年8月始任《化学于粘合》编委会编委；1996年8月始任院学术委员会委员和所学术委员会委员副主任。1999年始任黑龙江省化学会高分子专业委员会主任。先后为国家培养硕士研究生4名。国内外发表有学术价值的科学论文近30篇。作为副主编编写《中国工程材料手册-胶粘剂分册》书籍一册。
    1988年被授予省级突出贡献专家称号；1992被国务院授予国家级突出贡献专家称；，1996年被省政府授予省优秀专家称号。2003年当选黑龙江省科学院学术委员会委员。1988年开始享受省政府颁发的省级津贴；1991年开始享受国务院颁发的政府津贴，1996年开始享受黑龙江省省政府颁发的省级优秀专家津贴。