众所周知，张衡是杰出的科学家。他精通天文历算，曾经两度担任执管天文的太史令；他创造了世界上最早用水力推动的浑天仪和能够测知地震的地动仪；他还著有《浑天仪图注》和《灵宪》等科学著作，为我国天文学、机械技术、地震学的发展做出了不可磨灭的贡献。为了纪念张衡的突出功绩，联合国天文组织1977年将太阳系中的1802号小行星命名为“张衡星”。人们还将月球背面的一环形山命名为“张衡环形山”。
但张衡不仅仅是个科学家。
张衡还是一位大文学家，他的《二京赋》（由《西京赋》和《东京赋》组成）和班固的《两都赋》堪称东汉文学的“双璧”，不但气势恢宏，文辞优美，讽喻深刻，具有较高的思想性，而且记述了许多当时的民俗风情，为研究东汉历史提供了丰富的资料。
他的抒情长诗《四愁诗》感情浓郁，动人心弦，文学史家郑振铎先生赞之为“不易得见的杰作”，各位若不信服，请欣赏下面的优美诗句：
我所思兮在太山，
欲往从之梁父艰。
侧身东望涕沾翰。
美人赠我金错刀，
何以报之英琼瑶。
路远莫致倚逍遥，
何为怀忧心烦劳。
我所思兮在桂林，
欲往从之湘水深。
侧身南望涕沾襟。
美人赠我琴琅玕，
何以报之双玉盘。
路远莫致倚惆怅，
何为怀忧心烦怏。
张衡的代表作还有一篇短小精美的《归田赋》，后世陶渊明的《归去来兮辞》和《归田园居》都颇受其影响。
张衡还是我国最早的文人画家。在他的画作中，不仅有天文器具画，还有不少人物画。他绘制的浑天仪，不仅有重要的科学价值，而且造型优美、生动，是古代艺术的佳作。他在绘画理论上也颇有研究，他说："画工恶图犬马而好作鬼魅，诚以实事难形，虚伪无穷也"，指出了绘画重在写实的实质。
他还研究文字训诂的学问，著有《周官训诂》一书。当时崔瑗评价说：广大学者都对它提不出异议来。
他当过太史令，因而对史学也有许多研究。他曾对《史记》、《汉书》提出过批评，并上书朝廷，请求修订。他又对东汉王朝的历史档案作过研究，曾上表请求专门从事档案整理工作，补缀汉皇朝的史书。可惜这些上书都没有得到皇帝大人的允许（当时私自编写史书是严重违法行为）。
张衡虽然在年轻时就已才闻于世，但他却从无骄傲之心，他的性格从容淡静，不好交接俗人，也不追求名利。大将军邓骘是当时炙手可热的权势人物，多次召他，他都不去。后来他虽然在朝廷的征召之下当了官，却因为这种性格很长时间不得升迁，但他对此毫不在意，而是孜孜于钻研科学技术。有的人劝他不要去钻研那些难而无用的技术，应该“卑体屈己，美言”以求多福，他写了《应闲》一文作为回应。在文中，他写道：“君子不患位之不尊，而患德之不崇；不耻禄之不伙，而耻知之不博。”这两句掷地有声的话，表明了他不慕权势利禄而追求道德知识的高尚情操。
张衡虽然淡于名利，却并非一味清高，不问世事，他内心深处有着自己的政治抱负，那就是：佐国理民，立德立功。而“佐国理民”的具体目标和方法则是改革时弊，加强礼制，剔除奸佞，巩固中央。
张衡生活的时代正是政治日渐腐败，宦官在和外戚的斗争中逐渐坐大，地方豪强趁中央衰落之际割据一方的东汉中后期，人民遭受着重重剥削压迫，处于水深火热之中。对这些社会上的黑暗现象，张衡为国抒难，为民请命，奋力进行抗争。他曾向顺帝上书，讽示近世宦官为祸，要皇帝“惟所以稽古率旧，勿令刑德八柄不由天子”，要求皇帝“恩从上下，事依礼制”；对选拔人才的方法他也提出建议加以改革；在河间国任国相时他还积极进行了抑制豪强的斗争。无奈当时皇帝昏庸，朝政腐败，黑暗势力强大，东汉政权渐有病入膏肓之象，像张衡这样的仁人志士虽有杀贼报国之心，却已无扭转乾坤之机。
既然不能兼济天下，张衡只得选择独善其身，他逐渐有了消极避世的思想，但内心仍然充满了矛盾和痛苦，他晚年的诗赋里大量反映了这种情绪。后人曾把他的《四愁诗》和伟大诗人屈原的《离骚》相比，这并不是没有理由的。
公元139年，张衡病逝，葬于故乡南阳。
一千八百多年后，与张衡同样博学多才成就卓著的郭沫若为张衡墓碑写下这样震撼人心的题词：“如此全面发展之人物，在世界史中亦所罕见。万祀千龄，令人景仰。”
