张俐娜父亲毕业于清华大学，后担任江西师范大学图书馆馆长，母亲是一名认真负责的中、小学教师。
因此她从小受到了良好的教育。父亲喜欢藏书，她从小学时就接触过许多中外名作，耳濡目染，让她养成了爱读书爱思考的习惯。由于是家中长女，父亲对她要求较为严格，这样促使小俐娜从小做任何事都有条有理，认真执着。
小学毕业，张俐娜考入江西省南昌一中初中部。入学时，她的成绩在21个班级排名中属于中上等；到初三毕业时，已经处于上等水平，一举考上了当地最好的高中——南昌市第一高中，后来它改名为南昌市五中。
初中报考师范还是报考高中，成为张俐娜人生的转折点，令她终生难忘。
1955年，张俐娜初中毕业前夕，适逢国家扩大中等师范学校招生，拟为农村及偏远地区补充小学教员。张俐娜响应号召，填报了师范学校。初中老师马叔南认为张俐娜当小学老师有可能埋没她的潜能，向校长举荐说，张俐娜是块当科学家的料。校长遂以“组织决定”要张俐娜改填南昌市第一高中，当“未来的科学家”。
如果没有马叔南老师的甘冒风险、慧眼识珠，今天的科学界可能就没有张俐娜。
“我很幸运，总是遇上学问好、有责任心的老师。”当时，马叔南对张俐娜语重心长地说：“要努力学习，报效祖国。”
这句话，从那时起就响在张俐娜的耳畔，半个多世纪来一直激励她奋勇前进。
“我到了这么大的年纪，还拼命为科学技术拼搏，就是想让我们国家在生物质材料领域居国际领先地位。”75岁的张俐娜接受记者采访时说。
初中刚入学时，张俐娜身体很差，常常生病。为了增强体质，她开始跑步。结果一发不可收，越跑越快，初三时，参加全校运动会拿了短跑第三名，这彻底激发了她跑步的热情。
高中后，张俐娜成为学校田径队和体操队的队员。体育老师为了激励张俐娜跑步，每当在操场上看到张俐娜，就让一些男生和她比赛，男生们总是跑不赢她。后来，张俐娜以江西省田径第二名的成绩参加了在青岛举行的全国首届少年运动会。
张俐娜在回忆这段经历时说：“体育运动对我学习成绩没有影响，运动锻炼了我的身体也磨炼了我的意志和毅力。”
在她看来，中学生就是要德智体美全面发展，才能走得更好、更远。
在学习方面，张俐娜不仅肯下工夫，而且讲究技巧，形成了一套自己的学习方法。
读高中时，她最喜欢上化学课，不爱笑的化学老师非常严格，但课上得很好。“我特别喜欢做实验，尤其是银镜反应实验。”采访中，张俐娜兴奋地比划起做实验的动作。在试管中，滴入适当比例的规定化学溶液，震荡、加温，试管内壁出现一层光亮如镜的银。这启发了少女时代的张俐娜对未知世界的好奇。
张俐娜说自己记性并不好，在背书上不如别人。所以平时学习时，总是依靠理解记忆。比如化学方程式，她从不死记硬背，而是在实验中记忆。她花在化学上的工夫并不多，但化学成绩出乎意料的好，总是考5分（满分）。
每个成功人士的背后总有一套自己探索的“秘密武器”。张俐娜也不例外，她的“秘密武器”就是“自己的课堂笔记”。平时课上听老师讲课，课后再次回忆一遍，把老师的知识转变为自己的收获，并用简明的语句作总结记录，“你把它变成了自己的东西，就可以去主宰所有的东西。”
在数学公式的推断、几何方法的证明中，她擅长分门别类找规律，认真归纳，“如果你去死记硬背，你很快就会遗忘，而我是用心去做这件事情，变成自己的东西，就不容易遗忘。”
在自学计算机时，她在笔记本上记录每一个疑惑和解答，把答案写在纸上，也记在心头。以前从未接触过计算机的张俐娜，成了武汉大学第一批使用E-mail的人。
后来访日期间，自学日语，张俐娜超强的自学能力又派上了用场。她拿着字典看电视，一边看一边想，根据情节记忆对话和词组，每隔两天就和房东太太用日语交流。至今，张俐娜还能与日本专家流畅地对话。
