张衡出身于书香门第，像他的祖父一样，张衡自小刻苦学习，很有文采，16岁以后到各处游学。
张衡是一位具有多方面才能的科学家。他的成就涉及天文学、地震学、机械技术、数学、文学艺术等许多领域，有过许多科学发现和发明。
张衡在天文学研究方面，有许多科学发现，著有天文学著作《灵宪》，在地震学机械技术方面，制作过地动仪和指南车、计程车。
《灵宪》是一部阐述天地日月星辰生成和它们的运动的天文理论著作，全面体现了张衡在天文学上的成就和发展。它总结了当时的天文知识，虽然其中也有一些错误，但还是提出了不少先进的科学思想和独到的见解。
例如，在阐述浑天理论的时候，虽然仍旧保留着旧的地平概念，并且提出了“天球”的直径问题，但是张衡进一步明确提出，在“天球”之外还是有空间的。他提出，我们能够观测到的空间是有限的，观测不到的地方是无穷无尽、无始无终的宇宙。这段话明确地提出了宇宙在时间和空间上都是无穷无尽的思想，十分可贵。他还指出，月亮本身并不发光，月光是反射的太阳光。他生动形象地把太阳和月亮比做火和水，火能发光，水能反光，指出月光的产生是由于日光照射的缘故，有时看不到月光，是因为太阳光被遮住了。他的这种见解在当时是十分超前的，也是正确的。
张衡在《灵宪》中还算出了日、月的角直径，记录了在中原洛阳观察到的恒星2500多颗，常明星124颗，叫得上名字的星体约320颗，这和近代天文学家观察的结果是相当接近的。
在他的另一部天文著作《浑天仪图注》里，张衡还测定出地球绕太阳一年所需的时间是“周天三百六十五度又四分度之一”，这和近代天文学家所测量的时间365天5小时48分46秒的数字十分接近，说明张衡对天文学的研究已经达到了比较高的水平。
公元89年到140年，东汉都城洛阳和陇西一带，共出现过33次地震。特别是公元119年，洛阳和其他地区连续发生了两次大地震，促进了张衡加紧对于地震的研究。他终于在公元132年，发明并制造出了我国第一架测报地震的仪器——地动仪。
张衡制造的这台地动仪，相当灵敏准确。公元138年的一天，地动仪精确地测出距离洛阳1000多里的陇西发生地震，表明其精密程度达到了相当高的水平。欧洲在1880年才制造出类似的地震仪，距张衡已经晚了1700多年。
张衡还制造了世界上第一架能比较准确地表现天象的漏水转浑天仪，第一架测试地震的仪器——候风地动仪，还制造出了指南车、自动记里鼓车、飞行数里的木鸟，等等。
张衡共著有科学、哲学、文学著作32篇，其中天文著作有《灵宪》和《灵宪图》等。
张衡一生为我国的科学文化事业做出了卓越的贡献，是我国古代伟大的科学家之一。他谦虚谨慎、勤学不倦。“如川之逝，不舍昼夜”，几十年如同一日，在所从事的事业中表现出了一丝不苟、精益求精、不畏强权、勇于进取的研究风格，而他不慕名利的高尚品德更值得我们学习。
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