这适用于Python 3.2以上版本的stdlib（假设所有时间戳都是UTC）：

from datetime import datetime, timezone, timedelta
datetime.strptime(timestamp, "%Y-%m-%dT%H:%M:%S.%fZ").replace(
    tzinfo=timezone(timedelta(0)))

例如

>>> datetime.utcnow().replace(tzinfo=timezone(timedelta(0)))
... datetime.datetime(2015, 3, 11, 6, 2, 47, 879129, tzinfo=datetime.timezone.utc)

python dateutil中的等参函数

python dateutil包具有dateutil.parser.isose，不仅可以解析RFC 3339日期时间字符串（如问题中的字符串），还可以解析其他不符合RFC 3339的ISO 8601日期和时间字符串（例如没有UTC偏移量的字符串，或仅表示日期的字符串）。

>>> import dateutil.parser
>>> dateutil.parser.isoparse('2008-09-03T20:56:35.450686Z') # RFC 3339 format
datetime.datetime(2008, 9, 3, 20, 56, 35, 450686, tzinfo=tzutc())
>>> dateutil.parser.isoparse('2008-09-03T20:56:35.450686') # ISO 8601 extended format
datetime.datetime(2008, 9, 3, 20, 56, 35, 450686)
>>> dateutil.parser.isoparse('20080903T205635.450686') # ISO 8601 basic format
datetime.datetime(2008, 9, 3, 20, 56, 35, 450686)
>>> dateutil.parser.isoparse('20080903') # ISO 8601 basic format, date only
datetime.datetime(2008, 9, 3, 0, 0)

python dateutil包还具有dateutil.parser.parse。与isose相比，它可能不那么严格，但这两个函数都非常宽容，都会尝试解释传入的字符串。如果要消除任何误读的可能性，需要使用比这两个函式更严格的函数。

与Python 3.7+内置datetime.datetime.fromisoformat的比较

dateutil.parser.isorse是一个完整的ISO-8601格式解析器，但在Python≤3.10中，fromsoformat故意不是。在Python 3.11中，fromsoformat支持有效ISO 8601中的几乎所有字符串。请参阅isoformat的文档以了解此警告。（参见此答案）。

现在有玛雅：人类的日期时间™, 来自流行的Requests:HTTP for Humans的作者™ 包裹：

>>> import maya
>>> str = '2008-09-03T20:56:35.450686Z'
>>> maya.MayaDT.from_rfc3339(str).datetime()
datetime.datetime(2008, 9, 3, 20, 56, 35, 450686, tzinfo=<UTC>)

如果解析无效的日期字符串，python dateutil将抛出异常，因此您可能需要捕获该异常。

from dateutil import parser
ds = '2012-60-31'
try:
  dt = parser.parse(ds)
except ValueError, e:
  print '"%s" is an invalid date' % ds

如今，Arrow还可以作为第三方解决方案：

>>> import arrow
>>> date = arrow.get("2008-09-03T20:56:35.450686Z")
>>> date.datetime
datetime.datetime(2008, 9, 3, 20, 56, 35, 450686, tzinfo=tzutc())

感谢Mark Amery的出色回答，我设计了一个函数来解释所有可能的ISO日期时间格式：

class FixedOffset(tzinfo):
    """Fixed offset in minutes: `time = utc_time + utc_offset`."""
    def __init__(self, offset):
        self.__offset = timedelta(minutes=offset)
        hours, minutes = divmod(offset, 60)
        #NOTE: the last part is to remind about deprecated POSIX GMT+h timezones
        #  that have the opposite sign in the name;
        #  the corresponding numeric value is not used e.g., no minutes
        self.__name = '<%+03d%02d>%+d' % (hours, minutes, -hours)
    def utcoffset(self, dt=None):
        return self.__offset
    def tzname(self, dt=None):
        return self.__name
    def dst(self, dt=None):
        return timedelta(0)
    def __repr__(self):
        return 'FixedOffset(%d)' % (self.utcoffset().total_seconds() / 60)
    def __getinitargs__(self):
        return (self.__offset.total_seconds()/60,)

def parse_isoformat_datetime(isodatetime):
    try:
        return datetime.strptime(isodatetime, '%Y-%m-%dT%H:%M:%S.%f')
    except ValueError:
        pass
    try:
        return datetime.strptime(isodatetime, '%Y-%m-%dT%H:%M:%S')
    except ValueError:
        pass
    pat = r'(.*?[+-]\d{2}):(\d{2})'
    temp = re.sub(pat, r'\1\2', isodatetime)
    naive_date_str = temp[:-5]
    offset_str = temp[-5:]
    naive_dt = datetime.strptime(naive_date_str, '%Y-%m-%dT%H:%M:%S.%f')
    offset = int(offset_str[-4:-2])*60 + int(offset_str[-2:])
    if offset_str[0] == "-":
        offset = -offset
    return naive_dt.replace(tzinfo=FixedOffset(offset))