张衡的贡献一个是天文学，一个是地震学，一个是文学。在天文学上，张衡首先写下了世界天文学史上的理论名著——《灵宪》，从理论上阐述了天地的形成、结构和日月星辰的运动及本质，提出了不少科学的见解。在《灵宪》中，张衡认为月亮不发光，月关故事日光的反射，“月光生于日之所照”，这时在我国历史上第一次正确地解释了月光的成因。他还解释了月食的成因：太阳是一团火，能发出刺目的光，其他行星和月亮不发光，只有被太阳光照亮了，我们才能看见，月亮一旦运行到地影里，就会形成月食。在宇宙的边界问题上，张衡认为“宇之表无极，宙之端无穷”，指出宇宙在实践和空间上是无限的。在《灵宪》中，他还算出了日、月的角直径为29‘24‘’。张衡在天文学上还有一个了不起的成就：他继承和发展了前人的浑天理论，创制了能准确表现浑天说的“浑天仪”！
张衡是汉代浑天说的代表人物，他认为天好比一个鸡蛋壳，地则是蛋黄，天大地小，天将地仅仅包容着。浑天说在当时还算是比较先进的一个学说。为了说明这一理论，他制造了浑天仪。浑天仪用铜铸成，主体是球体模型代表天球，可绕着天轴转动，球面排列这28个星宿和其他星体，球面上的赤道圈和黄道圈分列这24个节气。张衡利用齿轮把一起和计时用的漏壶连接起来，用漏壶的水力发动齿轮，使浑天仪能够自动运转，一天一周，很形象地把天象变化演示出来了。《晋书.天文志》记载，将浑天仪放在暗室中叫人按时间记录它的运转情况，同时叫人在天文台上观测天象，两相对照，什么时候出现什么星，竟完全相符合！在地震学上，张衡创制了世界第一台地动仪。地动仪全由精铜铸成，直径8尺，像个大酒坛。它顶上有个突起的盖子，周围铸有八条龙，头下尾上，分别对准东、南、西、北、东南、东北、西南、西北8个方向。龙头和仪器内部的机关相连，每个龙嘴有一个龙珠！
8个龙头下面，又分别有8个铜蟾蜍昂首张嘴对着龙嘴，只要哪一方发生地震，触动籍贯，朝着那方的龙头便张开嘴，吐出龙珠，落入蟾蜍嘴里，发出声响，以表示警告。地动仪开辟了人类地震学史上的新纪元，比欧洲发明的地震仪早了一千七百多年。文学上，张衡首先创作了《二京赋》。张衡自幼受到汉大赋以及班固《两都赋》的影响，从而写下了《二京赋》，该文描写了汉之东京、西京的宫廷、市井生活，场面宏大，文风典雅，刻画生动准确，具有很强的讽谏精神，在形式和内容上都把汉大赋推向了一个高峰，被誉为“长编之极轨”。其次，张衡创造的抒情小赋如《温泉赋》《归田赋》等使汉赋的发展方向产生了一个转折，在这以后，赋开始渐渐向抒情性、短小化发展。最后，张衡的新体七言诗，如《四愁诗》，为七言诗的形成和发展打下了良好的基础。张衡的祖先虽是南阳名门，但到了他父亲那代，就已经衰落。张衡因此从小生活比较清苦，家中常为了无米下锅而发愁！
76年83年，南阳地区发生大灾荒，饿死了很多人，许多老百姓都逃难去了。张家也处于了濒危的边缘。多亏南阳富豪朱晖的救济，才挺过了这次灾难。环境的艰苦、生活的饥饿，并没有使张衡屈服，相反，还令他产生了出人头地、建功立业的志向。于是发奋读书，达到了“如川之逝，不舍昼夜”的程度。十六七岁时，张衡在家乡已待不住了，开始了外地的游学，“游于三辅，因入京师，观太学，遂通五经，贯六艺”，终成一代文化伟人。张衡在洛阳求学时，结实了学友崔瑗。两人一见如故，建立了终生的友谊。崔瑗不仅文章写得出色，还擅长天文、历算，他和张衡经常在一起讨论学问、交流所得，这对张衡后来由文学转入天文历算的研究起了很大的影响。139年，张衡病逝，引起了崔瑗无比的悲痛，写了长篇悼词。张衡作为一个伟大的科学家、文学家，并没有因为自己的成就而沾沾自喜，很注重自己的道德修养，多次拒绝升迁，以致他担任太史令达到14年之久！
张衡久久不能升迁，引起了人们的一轮，有人说：“你能早浑天仪、地动仪甚至指南车，这时很了不起的，但并未能因此而升迁，真是空有屠龙之技，却无用武之所啊！凭你的才能却如此待遇，耻辱啊耻辱！你应该好好把心思用在仕途上了。”张衡十分反感，写下了《应闲》来回答：“君子不患位之不尊，而患德之不荣，不耻禄之不夥，而耻智之不博，是故艺可学而行可力也。”即使说作为君子不应计较名利，而应该惧怕自己的学识德智胎浅薄，只有这样，才能学到东西，行动起来也才有毅力。张衡多才多艺，在绘画上也很有成就，被评为东汉六大家之一，据民间传说，他还能用脚趾画图。在建州蒲城山，有个怪兽叫“骇神”，猪身人头，非常丑陋。它喜欢从水潭里爬到水边石上晒太阳。一天，张衡偷偷走到水潭边，想将“骇神”描下来。不想它惊觉又潜入了水潭中。张衡丢掉手上的纸笔，做离开的样子，怪兽果然又爬出水面。张衡两手抱胸不动，暗地里却用脚趾在地上画出了“骇神”的形象！