建初三年(78年),出生于南阳郡,自小刻苦向学,少年时便会做文章。
永元五年(93年),离开家乡来到三辅(今陕西关中一带)地区,三辅地区壮丽的山河和宏伟的旧都为其《西京赋》积累了丰富的资料和实地考察的经验。
永元七年(95年),创作了《温泉赋》,来到雒阳后进入太学深造,研习经学,相继完成了《七辩》《定情赋》两篇作品。
永元十一年(100年),担任主簿,并代鲍德作《绶笥铭》《司徒吕公诔》《司徒陈公诔》等文。殚精竭思十年,终在南阳主簿任上作成《二京赋》。在文学史上被誉为“长篇之极轨”,其中对西京的风俗描写,也是后世研究的重要史料。
永初二年(108年),辞去主簿职务,专心做学问。其间,张衡已在天文、阴阳、历算方面都达到很深的造诣。
永初四年(110年),写就《南都赋》。
永初六年(112年),与刘珍参议制订汉家礼仪。 期间完成了《与崔瑗书》《太玄经注》《玄图》《大司农鲍德诔》等作品。
元初元年(114年),迁尚书侍郎,著《黄帝飞鸟历》。
元初二年(115年),升任太史令,执掌天文、星历、术算、典籍等方面。进入到其科学创造最为旺盛、科学成就最为丰硕的时期。
元初四年(117年),发明出水力推动的浑天仪。在这期间先后著有《地形图》《浑仪图注》《漏水转浑天仪注》《灵宪》《灵宪图》《算罔论》等,其中《灵宪》是我国第一部天文学理论著作。
建光元年(121年),转任公车司马令,掌宫殿中司马门的警卫和接待工作。其间著有《与特进书》《同周兴议历》《东巡诰》《日蚀上表》等。
阳嘉元年(132年),创造世界上第一架测量地震方向的仪器——地动仪。他还曾创制测量气象的仪器一候风仪,制造出自动转向的三轮指南车和自动起飞的木雕。针对当时流行的“谶纬之学”,上奏章《论贡举疏》,以揭露谶纬的虚妄。这一时期,他还著有《顺帝封事》《鸿赋并序》《舞赋并序》《羽猎赋》《陈事疏》等作品。
永和二年(137年),被排挤出京,出任河间相。到任后,严整法纪,打击豪强,暗中探得奸党名姓,一时收捕,上下肃然,期间写《怨篇》《四愁诗》抒发其心情。又作有《髑髅赋》《冢赋》。
永和三年(138年),作《归田赋》,并向朝廷请求结束外任、回京任职。顺帝恩准还朝,征拜他为尚书。翌年,在郁闷与凄凉的晚年心境中卒于尚书任上,终年六十二岁。葬于家乡南阳西鄂,并在北宋时被追封为“西鄂伯”。
地动仪、浑天仪、瑞轮荚、指南车、计里鼓车、独飞木雕、地形图等
《上顺帝封事》《上陈事疏》《论贡举疏》《请禁绝图激疏》《阳嘉二年京师地震对策》《日蚀上表》《上疏请专事东观收检遗文》《表求合正三史》《条上司马迁班固所叙不合事》等
《四愁诗》《同声歌》《怨篇》《歌》《残旬》《定情赋系歌》《舞赋系歌》《思玄赋系歌》《思玄赋系歌》、《东巡诰系歌》《温泉赋》《二京赋》《南都赋》《思玄赋》《归田赋》等
《灵宪》《浑天仪》《玄图》《历议》等
张衡在天文历法领域做出了诸多探索。一是对若干天文现象进行了理论探讨。在月食理论方面,他是东方最早正确说明月食的人,指出月食是由于地球的影子“暗虚”遮掩了月亮而引起的。在行星运动方面,张衡提出五星视运动的理论,认为就同一行星而言,其运行轨道与地面时而接近,时而远离,以“近天则迟,远天则速”解释五星运行的快慢。他曾在延光二年(123年)参与历法辩论,并根据月亮运行有迟疾的规律,以“九道法”为基础提出新历,期望对当时施行的四分历进行革新也被认为是中国古代历法史上首见的明确主张应用定朔法的先行者。
张衡是一位承前启后的赋家,他在辞赋在句式、结构布局上的创变,以及在题材、小品化、语言风格、结构立意上的新探索,深深影响着汉末魏晋的辞赋创作。
张衡对圆周率的计算并非倚靠实测,是基于理念,仍有开创性贡献。
王夫之:何休、郑玄之治经术,京房、襄楷、郎顗、张衡之论治道,始以鬼魅妖孽之影响乱六籍。而上动天子,下鼓学士,曰此圣人之本天以治人也。
白寿彝:张衡是中国历史上一个伟大的科学家和文学家。他的文学创作反映了他在仕途生活中遭受的曲折和坎坷,他在辞赋、诗歌和散文等方面都有优秀的业绩,表现了独创性。
竺可桢:张衡不但对于天文有很好的成就,他还发明了候风地动仪。同时他也是有数的文学家和艺术家。他死后崔媛为之撰碑说他“数术穷天地,制作侔造化”。无疑地像张衡这样的人,在任何时代、任何国家,统可成为一个风毛麟角的人物。