于南阳大族，祖父张堪是蜀郡太守。他少年时曾到雒阳太学读书，通晓五经，好学不倦，不分日夜。张衡为人谦虚，意志坚定，淡泊名利。曾受举荐「孝廉」，被大将军外戚邓骘征召，但张衡都不接受。100年，22岁的张衡出任南阳郡太守鲍德的主簿，8年后辞官读书。鲍德升职为大司农后，热心推荐张衡；111年，张衡被汉安帝所召，出任尚书台郎中，3年后迁任尚书侍郎；115年，37岁的张衡开始出任太史令，121年调职公车司马令，126年复任太史令。任职太史令期间，他制作了浑天仪与地动仪。张衡掌领太史令先后达14年之久，这个职位相当于现在