勤学好问的张衡
张衡出生于南阳郡西鄂县石桥镇（今河南省南阳市城北50里石桥镇）一个名门望族家庭。其祖父张堪是地方官吏，任蜀郡太守和渔阳太守。张堪自小志高力行，被人称为“圣童”，曾把家传余财数百万让给他的侄子。光武帝登基后张堪受荐拜官。张衡幼年时，家境已经衰落，有时还要靠亲友的接济。正是这种贫困的生活使他能够接触到社会下层的劳动群众和一些生产、生活实际，从而给他后来的科学创造事业带来了积极的影响。
在张衡很小的时候，小张衡就是祖母的小尾巴，不管祖母走到哪里，后面总会有小张衡的影子。他总是缠着祖母给他讲故事。老人家似乎有讲不完的故事，再加上十分喜欢这个聪明的孙子，所以只要小张衡提出要听故事，祖母就给他讲。在这些故事中，小张衡最喜欢的是北斗七星和月亮的传说，他总是一边抬着头望着天空里眨眼的星星，一边听祖母讲，还不时地问祖母：“星星怎么不会像苹果一样掉下来呢？星星害怕下雨吗？……”对于聪明孙子的问题，祖母当然也回答不上来，这让他越发觉得浩渺的夜空里会有无数的宝藏，同时也在他幼小的心灵里埋下了无数个好奇的问号。从祖母那里得不到答案，小张衡就急切地读书，希望能从书中找到自己想要的答案。
在张衡10岁那年，祖母和父亲相继去世了。于是，他的舅舅送他到书馆里去读书。年幼的张衡深知读书对他来说是多么的不容易，因此学习非常刻苦。张衡天资颖慧，勤奋好学，在他上学的书馆里，尽管他年龄小，可他读书多，成绩好，除了完成老师所教的功课外，还大量阅读课外书，少年时期便很会写文章、作诗，而且他作的诗常常受到老师的夸奖，更得到乡里邻人的称赞。为了积累更多的知识，小张衡便博览群书，因此他对问题的看法从小就有自己的主见，并不人云亦云。此外，张衡对生活中的事物，留心观察，勤问多思。
当时盛行游学的风气，这正好能满足张衡好学的意愿，于是在他17岁那年，便只身离开家乡，踏上了旅行求知的征程。张衡有宏伟的抱负，他希望自己能干一番轰轰烈烈的大事业，所以他就抓紧青年时期宝贵的时间，不知疲倦地学习。后来他在《应闲》一文中曾说：“一个人不应担心自己地位不高，而应该担心自己道德是否高尚；不应当为收入菲薄而害羞，而应当为知识不广博而耻辱。”所以张衡的学习内容不受仕途所需的局限，天文、地理、气象、历算等等他无所不学，其中尤其爱好文学。
有一天，他看到一本叫《鹗冠子》的书，被书中按北斗星定季节的四句话深深吸引住了。从此，他常常仰望着星空，观察北斗星的变化，日积月累，发现北斗星在围绕着一个中心转，一年转一圈。他自言自语地说：“啊，我终于明白‘北斗星移’是怎么一回事啦！”
随着时间的推移，张衡一天天地长大，由于勤学好问，他的知识也越来越丰富了。他指出月球本身并不发光，月光其实是日光的反射；他还正确地解释了月食的成因，并且认识到宇宙的无限性和行星运动的快慢与距离地球远近的关系。张衡观测记录了2500颗恒星，创制了世界上第一架能比较准确地表演天象的漏水转“浑天仪”。
太史令创制“浑天仪”
汉元初二年（公元115年），汉安帝听说张衡在天文上有高深的造诣，就任命张衡为太史令，在九卿之一太常手下掌管“天时、星历”。张衡接任太史令以后，立即来到坐落在洛阳平昌门南的灵台。
张衡登上灵台顶端，仰观天象，真是心旷神怡，有飘飘欲仙的感觉，他要在这里发挥出他的聪明才智。很快，张衡就发现，灵台的建筑虽然雄伟，但观天象的仪器却很陈旧，年久失修，不堪应用。他决定重新修造，特别是浑天仪，这是形象地体现浑天学说的一种重要的天文仪器，更应该好好地加以修改研制。
“浑天仪”类似于现在的天球仪，用精铜铸成，主体是一个球体，代表天球。球体可以绕天轴转动。天轴和球面有两个交点，一个是北天极，一个是南天极。在球的表面上列有28星宿和其他恒星。球面上还有天球赤道圈和黄道圈，二者成24°夹角，分列有24节气。球体外面有两圆环，一个是地平圈，一个是子午圈（通过南北天极和天顶的圆环）。天轴支架在子午圈上，和地平圈斜交成36°角，这也是浑天仪坐落处的洛阳地区的北极仰角及地理纬度。
为了使“浑天仪”能自行运转，张衡采用齿轮系统把浑天仪和计时用的漏壶联系起来，利用漏壶流水的力量推动齿轮，带动球体运转。通过恰当地选择齿轮的个数和齿数，巧妙地使浑天仪一昼夜运转一周，把天象变化形象地演示了出来，也被称为“水运浑象”。水运浑象是世界上第一架有明确记载的用水力发动的天文仪器，其中应用的齿轮系和凸轮机构在当时可以说是相当复杂的。
伟大发明——地动仪
东汉时期，我国中原一带经常发生地震，有时一年一次，有时一年两次。每次发生大地震，就会影响到好几十个郡，许多城墙、房屋发生倒坍，还死伤了许多人畜。当时的封建帝王和一般人都把地震看作是不吉利的征兆，有的还趁机宣传迷信、欺骗人民。当时人们对地震这种自然现象是无法理解的，因此封建帝王和一般人都把地震看作是不吉利的征兆，有的还趁机宣传迷信、欺骗人民，认为是上天给人们的某种暗示。如公元92年那次地震，在《后汉书·五行志》中有这样一段记载，把地动山摇之因，归咎于“窦太后摄政，兄窦宪专权，将以是受祸也”。
作为太史令，收集各地的地震情况，是张衡的本职工作之一。于是，张衡想造一架能测定地震的仪器，以便及时掌握全国各地的地震情况。当时朝廷上的一些达官贵人认为，地震是天意，想知“龙王”动向，是痴心妄想。张衡不相信这一套，认为地震是一种不受任何人旨意影响的自然现象。张衡造仪器，用人的力量来测定地震，实际上就是对“谶纬”迷信的否定。他对记录下来的地震现象经过细心的考察和试验，终于在公元132年制成了一个测报地震的仪器，叫做“地动仪”，这是世界上第一架观测和记录地震的仪器。
地动仪是用青铜制造的，形状有点像一个酒坛，四围刻铸着八条龙，龙头向八个方向伸着。每条龙的嘴里含了一个小铜球：龙头下面，蹲了一个铜制的蛤蟆，对准龙嘴张着嘴。哪个方向发生了地震，朝着那个方向的龙嘴就会自动张开来，把铜球吐出。铜球掉在蛤蟆的嘴里，发出响亮的声音，就给人发出地震的警报。
公元138年2月的一天，张衡的地动仪正对西方的龙嘴突然张开来，吐出了铜球。按照张衡的设计，这就是报告西部发生了地震。可是，那一天洛阳一点也没有地震的迹象，也没有听说附近有哪儿发生了地震。因此，大伙儿议论纷纷，都说张衡的地动仪是骗人的玩意儿，甚至有人说他有意造谣生事。可没过几天，有人骑着快马来向朝廷报告，离洛阳500多千米的金城、陇西一带发生了大地震，连山都有崩塌下来的，大伙儿这才相信了张衡的这个发明。
可是在那个时候，朝廷掌权的全是宦官或是外戚，像张衡这样有才能的人不但不被重用，反而被打击排挤。张衡做侍中的时候，因为与皇帝接近，宦官怕张衡在皇帝面前揭他们的短，就在皇帝面前讲张衡很多坏话。他被调出了京城，到河间去当国相。
张衡在他61岁那年病死。他在我国科学史上留下了光辉的业绩。地动仪的发明在人类同地震作斗争的历史上写下了光辉的一页。为了纪念张衡的功绩，人们将月球背面的一个环形山命名为“张衡环形山”，将小行星1802命名为“张衡星”。20世纪中国著名文学家、历史学家郭沫若对张衡的评价是：“如此全面发展之人物，在世界史中亦属罕见，万祀千龄，令人敬仰。”