張衡自幼敏而好學，多才多藝，以「一物不知，實以為恥；聞一善言，不勝其喜」的 態度求學治學。十五、六歲時，張衡就外出遊學，他曾到漢朝故都長安一帶，遊覽了當地的名勝古蹟，考察了周圍的山川形勢、物產風俗、世態人情。後來他又到了 當時的首都洛陽，就讀於最高學府──太學。張衡「讀萬卷書，行萬里路」，同時也結交了許多學問好、有抱負的學者，像馬融、竇章、王符、崔瑗等人，他們對於 張衡的為人、治學以及多元化的才能，都有相當大的影響。由於張衡勤奮好學，品德優秀，才華出眾，官府競相召他做官。但張衡思想開闊，不受傳統觀念的束縛， 舉「孝廉」不就，官府召不行，他說：「君子不患位之不尊，而患德之不崇；不恥祿之不夥，而恥智之不博。」□
張衡通過在外六年的艱 苦求學，已成了一位名副其實的青年學者。當他學業有成之時，產生了想回家鄉幹點事業、報效家鄉養育之恩的願望。當時的南陽郡太守鮑德，是一個勤政為民、德 高望重的官員。他非常仰慕張衡的才華，誠懇地邀請張衡出任南陽郡主簿，幫助自己辦理郡政。公元100年，張衡接受了鮑德的邀請，出任南陽郡主簿。在任的九 年間，他輔佐鮑德治理南陽，推廣鐵製農具，興修水利，興學辦教，擴大教育，提高科技水平等，為南陽當時經濟的繁榮和科教事業的發展做出了突出的貢獻。
張 衡在幫助鮑德處理好郡政的同時，還利用閑暇時間，寫出了許多優秀的文學作品，如《同聲歌》、《定情賦》、《二京賦》、《南都賦》，其中最有名的是《南都 賦》和《二京賦》。《二京賦》為《東京賦》和《西京賦》的合稱，是張衡以遊學長安和洛陽的見聞作為素材，先後花了十年功夫，於安帝永初元年（公元107 年）寫成的著名文學著作。文中，張衡以很大的篇幅無情揭露諷刺了當時京師中帝王貴族「取樂今日，遑恤我後，既定且寧，焉知傾」的腐敗寄生生活，受到人民的 歡迎而傳誦於世。
後來，南陽郡守鮑德因為政績卓越被皇帝升遷，張衡便辭去南陽郡主簿職務，回到西鄂家中，專心鑽研學問。在回鄉閉 門讀書期間，他博覽群書，並深入研究《易經》、《太玄經》、《墨子》等古代有關於哲學、科學的書籍，從而融會貫通了幾何學、力學、機械、地理、測量、繪畫 等應用科學的知識，這樣多元的學習發展，使得張衡成為東漢當代的「博學」之士。
公元111年，張衡應召入京，先拜郎中，後曾兩度擔任掌管天文工作的太史令，前後計十四年。在此期間和以後的仕宦生涯中，他的科研成果達到了一生的巔峰。
公 元117年，張衡根據渾天學說理論和對天象的實際觀察，創造出了利用漏壺滴水推動的大型「漏水轉渾天儀」。這是世界上第一臺用水力推動的自動演示恆星和太 陽週日運行的儀器，為銅質空心球體，軸貫球心，軸和球體相接的兩點為北極和南極。球外套有地平圈和子午圈，立有黃道圈和赤道圈，二者成24度夾角，分列有 24節氣等。儀器全靠漏壺流出水的力量推動齒輪，齒輪帶動渾像，一晝夜轉動一週。儀器上星宿出沒與天象完全吻合，形象而生動地揭示了日、月、星、辰的週日 運行。而且，他還寫下了世界史中不朽的天文學名著《渾天儀圖注》和《靈憲》，畫出了完備的星象圖，提出了「月光生於日之所照」的科學論斷。
張 衡在第二度擔任太史令期間，開始注意收集掌握地震情報和記錄，經過多年的潛心研究，終於在公元132年發明瞭世界上第一臺測定地震方位的科學儀器──地動 儀。據《後漢書．張衡傳》記載：「陽嘉元年，復造候風地動儀，以精銅鑄成，圓徑八尺，合蓋隆起，形似酒樽，飾以篆文山龜鳥獸之形。中有都柱，傍行八道，施 關發機。外有八龍，首銜銅丸，下有蟾蜍，張口承之。其牙機巧制，皆隱在樽中，覆蓋周密無際。如有地動，樽則振龍機發吐丸，而蟾蜍銜之。振聲激揚，伺者因此 覺知。雖一龍發機，而七首不動，尋其方面，乃知震之所在。驗之以事，合契若神。自書典所記，未之有也。」
公元138年，張衡的地 動儀向西北方向的龍吐出了銅球，測出西北方向發生了地震，當時京城的人們無絲毫震感，一些官僚、學者議論紛紛，責怪儀器不靈。過了幾天，隴西果然來報，那 裡發生了地震，時間正與龍吐銅球相應，於是眾人同讚地動儀之神妙。張衡發明的地動儀是人類歷史上的首創，開創了地震科學的新紀元，他是世界人類從事地震科 學研究的先驅和世界公認的地震學的鼻祖。他的這一發明創造，比歐洲早1700多年。
在地理學方面，張衡繪製有完備的地形圖，並研製出了「記裡鼓車」、「指南針」等。
在數學方面，張衡著有《算罔論》，並計算出圓周率的值在3.1466和3.1622之間。這和今天大家知道的圓周率雖稍有誤差，但在1800多年前就能有這樣精確的計算，不能不使人們感到驚嘆，他的這一成果比歐洲早1300多年。 在氣象學方面，張衡製造出了「候風儀」，是一種預測風力、風向的儀器，比西方的風信雞早1000多年。
在機械學方面，張衡製造的「獨飛木雕」是世界上最早的飛行器，還製造有土圭（日影器）、活動日曆等。
張衡是一個罕見的全面發展的人物，他除了在天文學、地震學、機械技術、數學等方面所創造的輝煌成就外，在哲學、文學、繪畫等領域也有很深的造詣。
在 哲學方面，他對楊雄的《太玄經》有很深的研究。在文學史上，張衡是一位佔有重要地位的大文學家。他的文學作品很多，風格也各不相同。有的形式短小，重在抒 情，如《歸田賦》、《溫泉賦》，格調清新，言辭淡雅，令人讀之忘俗，是漢代辭賦發展的一個重要轉折；有的氣勢磅礡，廣寫景物，如《二京賦》；有的特色突 出，獨樹一格，如《四愁詩》、《同聲歌》等。其中，他創製的以《四愁詩》為代表的新體七言詩，給後來的七言詩奠定了基礎，具有深遠的意義和影響。他還在文 中提出「夫水可以載舟，亦可以覆舟」的千古哲理，奇思妙文，備受後人推崇。這些創作呈現出了二千年前的時代精神和風貌，所用的辭藻豐富華麗，將漢代的辭賦 推向另一個高峰。
另外，張衡也是東漢的大畫家，他繪製的《地形圖》一直流傳到唐代，被唐代張彥遠列為東漢六大畫家之一。
永和四年（公元139年），張衡請求告老還鄉不准，又被調到朝中做尚書，但只任職一年就去世了，終年六十一歲。
張衡，以其在科學上的卓越成就而廣受後世的景仰。聯合國將月球上的環形山命名為「張衡山」，將太陽系的1802行星命名為「張衡星」，這是當今文明世界對建造世界文明的科學巨匠表達出的一種最崇高的敬意。
張衡在科學技術、文學藝術等方面所做出的傑出貢獻，不僅是中華民族的光榮和驕傲，也是留給整個人類歷史的寶貴財富。
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