张衡，汉章帝建初三年（公元78年），诞生于南阳郡西鄂县石桥镇一个破落的官僚家庭。公元100年，23岁的张衡回乡出任南阳太守鲍德的主簿，负责处理日常公文。公元111年，张衡被召到京师，先后担任郎中、太史令和公车司马等官职。其中，担任太史令时间最长，前后达14年之久。太史令是掌管天文、历法、气象以及朝廷祀典等事务的官职。这为张衡从事天文历算研究，提供了便利。
张衡继承和发展了前人的浑天理论，于公元117年制造了世界上第一架观测天象的“浑天仪”。浑天仪主要是用铜铸成的一个圆球，上面刻划着赤道、黄道、南北极、日月星辰以及二十八宿和二十四节气。铜球装在一根倾斜的轴上，利用水力旋转。铜球转动一周和地球自转一周的速度相同。铜球外面安有一个水平的环，表示地平线。铜球由东往西运动，刻在上面的恒星就从东方升到地平线以上，又向西落到地平线以下，和天空里恒星东升西落的情况完全相符。这样，人们坐在屋里，便能从浑天仪上看到天体运动的情况。
东汉时期，地震比较频繁。张衡经过长年研究，终于在公元132年制成了世界上第一架探测地震方位的仪器——地动仪。这架地动仪以精铜铸成，形似酒樽，上有隆起的圆盖，内部中央立一根上粗下细的铜柱，柱旁有八条通道，称为“八道”，道中安有发动机关，仪体外部周围铸有八条龙，按八个方向布列，每个龙嘴里都衔着一个铜球。对着龙头，八个铜蟾蜍蹲在地上。哪个方向要发生地震，正对着这个方向的龙嘴就会自动张开，铜球落入蟾蜍口中，发出地震的警报。
公元138年二月初三，地动仪西方龙嘴里的铜球忽然落了下来，可是住在洛阳的人丝毫没有感到有什么地动，有些学者怀疑地动仪的灵验。没过几天，陇西来人报告那里发生了地震，使大家极为信服。欧洲的第一架地动仪是1880年制成的，比张衡晚了一千七百年。
张衡还创造出一种测定风向的仪器——相风铜鸟。相风铜鸟是在一根五丈高的竿顶上安放一只衔着花的铜鸟，可以随风转动。鸟头所对，就是风的方向。张衡创造的相风铜鸟和欧洲的候风鸡相仿。欧洲的候风鸡是公元12世纪才出现的，比相风铜鸟晚了一千年。
