负责设计过桃花溪、下清渊硐、仙女硐、鲸鱼口等水电站。1950年代他主持设计了密云水库。此后，他还曾为葛洲坝、丹江口、二滩、三门峡等众多水利工程的建设提供了技术咨询。1990年代起，他作为《长江三峡水利枢纽初步设计报告》审查中心专家组副组长、国务院三峡工程建设委员会工程质量检查专家组副组长参与了三峡工程的建设。不过，他也因为对三峡工程的支持而受到争议，特别是他与另一位清华大学水利专家黄万里之间的论争广受关注。黄万里认为张光斗因为支持三峡而意图隐瞒三峡防洪库容的计算错误。此外，他还认为张光斗早年支持建设