張衡字平子，南陽西鄂人也。衡少善屬文，遊於三輔，因入京師，觀太學，遂通五經，貫六藝。雖才高於世，而無驕尚之情。常從容淡靜，不好交接俗人。永元中，舉孝廉不行，連辟公府不就。時天下承平日久，自王侯以下，莫不逾侈。衡乃擬班固《兩都》作《二京賦》，因以諷諫。精思傅會，十年乃成。大將軍鄧騭奇其才，累召不應。
衡善機巧，尤致思於天文、陰陽、曆算。安帝雅聞衡善術學，公車特征拜郎中，再遷為太史令。遂乃研核陰陽，妙盡璿璣之正，作渾天儀，著《靈憲》、《算罔論》，言甚詳明。
順帝初，再轉，複為太史令。衡不慕當世，所居之官輒積年不徙。自去史職，五載複還。
陽嘉元年，複造候風地動儀。以精銅鑄成，員徑八尺，合蓋隆起，形似酒尊，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。其牙機巧製，皆隱在尊中，覆蓋周密無際。如有地動，尊則振龍，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，尋其方麵，乃知震之所在。驗之以事，合契若神。自書典所記，未之有也。嚐一龍機發而地不覺動，京師學者鹹怪其無征。後數日驛至，果地震隴西，於是皆服其妙。自此以後，乃令史官記地動所從方起。
時政事漸損，權移於下，衡因上疏陳事。後遷侍中，帝引在帷幄，諷議左右。嚐問天下所疾惡者。宦官懼其毀己，皆共目之，衡乃詭對而出。閹豎恐終為其患，遂共讒之。衡常思圖身之事，以為吉凶倚伏，幽微難明。乃作《思玄賦》以宣寄情誌。
永和初，出為河間相。時國王驕奢，不遵典憲；又多豪右，共為不軌。衡下車，治威嚴，整法度，陰知奸黨名姓，一時收禽，上下肅然，稱為政理。視事三年，上書乞骸骨，征拜尚書。年六十二，永和四年卒。