中國東漢科學傢、文學傢、思想傢。字平子。南陽西鄂（今河南南陽石橋鎮）人。17歲時，離開傢鄉，到西漢故都長安及其附近地區考察歷史古跡，調查民情風俗和社會經濟情況。後來，又到首都洛陽參觀太學，求師訪友。漢和帝永元十二年(100)回到南陽，擔任南陽太守鮑德的主簿。在此期間寫瞭《東京賦》和《西京賦》（合稱《二京賦》），一直流傳到今天。安帝永初二年(108)鮑德調調離南陽後，張衡去職留在傢鄉，繼續鉆研哲學、數學、天文，積累瞭不少知識，聲譽大震。永初五年(111)他再次到京城，擔任郎中與尚書侍郎。元初二年(115)起，曾兩度擔任太史令，前後共14年，在天文學上取得卓越的成就。他還曾任侍中、河間相等職。
渾天說的代表 漢朝的時候，關於宇宙結構的理論，主要有三個學派，即蓋天說、渾天說和宣夜說。張衡是渾天說的代表人物。在《渾天儀·圖註》中，他指出天好像一個雞蛋殼，地好比雞蛋黃，天大地小；天地各乘氣而立，載水而浮。這個看法雖然也是屬於地心體系的范疇，但是在當時卻有進步之處：第一，張衡雖然認為天有一個硬殼，但並不認為硬殼是宇宙的邊界，硬殼之外的宇宙在空間和時間上都是無限的。第二，張衡在《靈憲》這篇著作中，力圖解答天、地的起源和演化問題，具有樸素的、變化發展的辯證思想因素。他認為天地未分以前，混混沌沌；既分以後，輕者上升為天，重者凝結為地。天為陽氣，地為陰氣，二氣互相作用，創造萬物。由地溢出之氣為星。第三，張衡用“近天則遲，遠天則速”，即用距離變化來解釋行星運行的快慢。近代科學證明，張衡的解釋有合理的因素。
制造儀器和觀測 張衡不但註意理論研究，而且註重實踐，他曾親自設計和制造瞭漏水轉渾天儀、候風地動儀。渾天儀相當於現在的天球儀，原是西漢時耿壽昌發明的，張衡對其改進，用作渾天說的演示儀器。他用齒輪系統把渾象（見渾儀和渾象）和計時漏壺聯系起來，漏壺滴水推動渾象均勻地旋轉，一天剛好轉一周。這樣，人在屋子裡看渾象，就可知道哪顆星當時在什麼位置上。候風地動儀制成於順帝陽嘉元年(132)，是世界上第一架測驗地震的儀器。順帝永和三年(138)，候風地動儀成功地監測到隴西發生的一次地震，可見其靈敏有效。張衡還曾制造過記裡鼓車、指南車和能夠在空中展翅飛翔的木雕等奇巧器物。
張衡對許多具體的天象作瞭觀察和分析。他統計出中原地區能看到的星數約2 500顆。他基本上掌握瞭月食的原理。他測出太陽和月亮的角直徑是周天的1/736，即29′24″，同太陽和月亮的平均角直徑31′59″.26和31′5″.2相差不多。張衡認為，早晚和中午的太陽，其大小是一樣的，看起來早晚大，中午小，隻是一種光學作用。早晚觀測者所處的環境比較暗，由暗視明就顯得大；中午時天地同明，看天上的太陽就顯得小。好比一團火，夜裡看就大，白天看就小。張衡的這種解釋是有道理的，但不很全面。到瞭晉代，束皙作瞭比較完善的解釋。
反圖讖的鬥爭 在中國天文學發展的過程中，具有實用意義的歷法占著重要地位，而圍繞著歷法進行的一些鬥爭，又往往是和政治、思想鬥爭聯系在一起的。安帝延光二年(123)，圍繞當時行用的《四分歷》，展開論戰。梁豐、劉愷等80餘人認為《四分歷》不合圖讖，應該恢復西漢時期的《太初歷》。另一方面，李泓等40餘人主張繼續使用《四分歷》，理由是《四分歷》就是根據圖讖來的，最為正確。張衡則認為，這兩派的意見都是錯誤的，歷法的改革與否，不應以是否合乎圖讖為標準，而應以天文觀測的結果為依據。他和周興觀測的結果，認為九道法最為精密。經過激烈辯論，九道法雖沒有被采用，但企圖用圖讖之學來附會歷法的做法也歸於失敗。這是中國天文學史上唯物論對唯心論鬥爭的一次勝利。張衡於順帝陽嘉元年(132)進一步揭露太學考試的各種弊病時，又極力反對把圖讖作為太學考試的內容。第二年他冒遭殺身之禍的危險，進一步提出禁絕所有圖讖之書的要求。
著作 據《後漢書·張衡列傳》記載，共留下科學、哲學、文學方面的著作32篇。著有數學著作《算罔論》，惜已失傳。在列傳中全文收進去的有兩篇，即《應閑賦》和《思玄賦》。這兩篇賦真實反映瞭張衡的思想境界。前者表明他的為人和治學態度，後者則是一篇難得的人類到星際旅行的暢想曲。他是東漢時期有名的文學傢，他的《二京賦》以結構宏闊著稱，把辭賦的鋪張、富麗的特點表現得淋漓盡致，其規諷和議論深刻切直，一改漢賦欲諷反諛的缺欠。他的《歸田賦》是一篇抒情小賦，對魏晉抒情賦的發展產生重大影響。他的《四愁詩》對後世七言詩的形成起瞭重大的作用。
1956年，郭沫若為張衡題碑文：“如此全面發展之人物，在世界史中亦所罕見。萬祀千齡，令人景仰。”