张衡，字平子，出生于公元78年，南阳西鄂(今河南南召县南)人。曾以学问博大精深，才华超众，被荐为郎中、太史令，后为河间相。早在一千九百年前，他就以发明浑天仪、候风仪和地动仪而成为世界闻名的天文学家。
常言说“从小看大”。张衡之所以在钻研自然科学的道路上，取得如此大的成就，为人类做出那么大的贡献，就在于他从小就有勤奋好学、勇于探索的精神。
张衡的祖父张堪做过蜀郡太守，为官清廉，没给他留下多少财富。加之父亲过早去世，在他的幼年时期，家境就已经败落，主要靠亲戚、朋友们的资助过活。也许正是这种清贫的生活，极大地激发了小张衡刻苦求学的精神。到他十岁那年，他已经熟读了《四书》、《五经》，也喜欢文学，如《诗经》、《楚辞》等。但更能使他产生兴趣的，却是有关自然科学方面的书。故当时就有人称赞他是“焉所不学，亦何不师”，意思是说，没有他不想学的学问，也没有他不想请教的老师。
有一天，他和两个同学进城游玩，看见一个打铁的，每台炉旁虽然都有好几个风箱，但没有人拉，风却很大，把炉火吹得红光闪烁。他想，风是从哪里来的呢？他顺风查看，终于发现铁炉紧靠一条河，名叫白河，人们在河中筑坝拦水，提高水位，使水流变急；急流中有个水轮，被流水冲得转个不停；水轮上有齿轮，连动别的机体，带动一根铁杆，一来一回地拉动风箱。这种用水的力量带动齿轮的神奇情景，深深地印在了他的脑海中。
又有一天，他在书馆里读书，发现一本名叫《曷鸟冠子》的诗集上，有四句关于北斗星的话，便好奇地记了下来：
斗柄指东，天下皆春。
斗柄指南，天下皆夏。
斗柄指西，天下皆秋。
斗柄指北，天下皆冬。
还是跟奶奶学儿歌的时候，张衡就学会了辨认北斗星。现在细细回味书上关于北斗星的四句话，他忽地悟出，这是北斗星的变化规律：北斗星因季节的变化不停地运转，在不同的季节，斗柄就指着不同的方向。
张衡根据这一发现，绘制了一张图，每逢晴朗的夜晚，他便眼望天空，对照图中所述，仔细观察，从不间断。天长日久，他又发现，北斗星是围绕一个小星转动的，这个小星就叫北极星。北斗星每年转一圈，季节变化一遍，即使在同一个季节里，北斗星的位置也不同。例如早春时北斗指向东北，晚春时则指向东南。由于张衡苦读好学，勤于钻研，到十五岁时，便成了南阳远近闻名的小才子。县令听说他很有学问，要推举他做秀才，被他拒绝了。
公元95年，也就是张衡十七岁那年，为了扩大知识面，他离开家乡，去京都洛阳求学。在那里，他结识了不少有才之士，经常和他们研究天文、历法、数学等，不但使已学知识更加扎实、丰厚，而且又学了不少其他方面的知识。时人称赞他“通五经，贯六艺”，说明他的学问已为社会所承认。
公元111年，张衡经尚书令推荐，被汉安帝任命为太史令，主管天文历法。他为了对天体进行更加深入的研究，决定制造一个天体模型，这就是天球图，把天地的构造和日月星辰的变化都在上面显示出来。正是在这期间，他带人每天数星星，数了东边数西边，数了北边数南边，最后终于有了一个比较精确的数字：中原地区天空星星的总数为二千五百颗，和现代科学研究的结果基本相符。
功夫不负有心人，张衡经过几年的努力，对天球图不断改进，终于在安帝年间制造出世界上第一架利用水力转动、能较准确测定天象的浑天仪，成为世界科学史上的奇迹。又于公元132年，发明了世界上第一个可以预测地震方向的地动仪。紧接着，他还发明了观测气象的候风仪。张衡用他超人的智慧和勤奋，在科学领域里为人类做出了杰出的贡献。