東漢年間，中國地震比較頻繁。在朝廷主持天象觀測工作的張衡為了掌握全國各地的地震動態，堅持不懈地進行研究。不久他終於製造了一個儀器，取名叫地動儀。這個儀器，形狀像酒樽，是銅製器物。中間豎著一根粗大的柱子，柱子的周圍有八根橫杆連接外麵，儀器上有個凸形的蓋子，周圍鑲有8條龍，龍頭分別對著8個方向。龍嘴裏各含一個銅球，下麵蹲著8隻張著嘴的蟾蜍。它的製造者張衡說，這個怪模怪樣的東西叫地動儀，可以在通訊極不發達的時代，迅速的得知地震消息——如果某個方向發生地震，柱子就會倒向那個方向的橫杆，接著龍嘴就會吐出銅球，落到蟾蜍嘴裏。
這個消息一經傳說，京城的學者們都是同樣的反應：先是愕然，接著不相信的大笑。其中一個自恃有才的人當麵對著張衡說：“你簡直是癡人說夢。哪兒地震是老天爺的意思，憑你一介凡人，怎麽能知道呢?”聽到這些嘲諷，張衡都不以為意，他隻是淡淡地說，“等到那個時候你們就知道了。我們讓事實說話吧。”
結果過了不多久，公元138年的一天，張衡和朋友們正在家裏聚會，地動儀西邊的一個銅球突然掉了下來。於是，張衡對大家說道：“一定是西方某地發生了地震。”但當時洛陽城裏毫無地震的預兆，連他們喝酒的杯子都沒晃一下。大家都麵麵相覷，有些朋友就說，“張衡，這個地動儀……恐怕不準吧。”還有的人更不客氣，“你還是別把心思放在這些邪門歪道上麵了，這些都沒有用的。”但是張衡對自己的發明卻信心十足，他依舊對人們說：“咱們還是讓事實說話吧。”
不久，驛站的人果然來報告，說是千裏之外的隴西——地震儀所指示的方向發生了地震。在事實麵前，那些懷疑地動儀並不能預測地震的人終於啞口無言了。
張衡這台儀器性能良好，不僅博得當時人的歎服，就是在今天的科學家看來也無不讚歎。世界上地震頻繁，但真正能用儀器來觀測地震，在國外，那是19世紀以後的事。候風地動儀乃是世界上的地震儀之祖。雖然它的功能尚隻限於測知震中的大概方位，但它卻超越了世界科技的發展約1800年之久。
張衡是中國東漢時期人，出身於名門望族。其祖父張堪自小誌高力行，被人稱為“聖童”，曾把家傳餘財數百萬讓給他的侄子。光武帝登基後張堪受薦拜官。曾被任為蜀郡太守隨大司馬吳漢討伐割據蜀郡的公孫述，立有大功。其後又領兵抗擊匈奴有功，拜為漁陽(今北京附近)太守。曾以數千騎兵擊破匈奴來犯的1萬騎兵。此後在他的任期內匈奴再也沒有敢來侵擾。他又教人民耕種，開稻田8000頃，人民由此致富。所以，有民謠歌頌他說：“張君為政，樂不可支。”張堪為官清廉。伐蜀時他是首先攻入成都的，但他對公孫述留下的堆積如山的珍寶毫無所取。蜀郡號稱“天府”，但張堪在奉調離蜀郡太守任時乘的是一輛破車，攜帶的隻有一卷布被囊。
張衡像他的祖父一樣，自小刻苦向學，很有文采。16歲以後曾離開家鄉到外地遊學。他先到了當時的學術文化中心三輔(今陝西西安一帶)。這一地區壯麗的山河和宏偉的秦漢古都遺址給他提供了豐富的文學創作素材。以後又到了東漢首都洛陽。在那兒，他進過當時的最高學府——太學，結識了一位青年學者崔瑗，與他結為摯友。崔瑗是當時的經學家、天文學家賈逵的學生，也精通天文、曆法、數學等學問。和帝永元十二年(公元100年)張衡應南陽太守鮑德之請，作了他的主簿，掌管文書工作。8年後鮑德調任京師，張衡即辭官居家。在南陽期間他致力於探討天文、陰陽、曆算等學問，並反複研究西漢揚雄著的《太玄經》。他在這些方麵的名聲引起了漢安帝的注意。永初五年(公元111年)張衡被征召進京，拜為郎中。他曾花了10年的工夫，寫成了《二京賦》，描寫了當時長安城和洛陽城的繁華景象，極盡誇張之能事，得到了很多人的擊節讚賞。
除此之外，張衡在數學、地理、繪畫、機械製造、氣象學等方麵，都有非凡的成就。他是中國古代宇宙結構理論“渾天說”的代表。正確解釋了月食成因。並用“近天則遲，遠天則速”理論解釋五星運動的快慢現象，這是五星運動快慢與太陽距離遠近關係的早期論述。還統計出中國中原地區能觀測到的2500顆行星，測出日、月視直徑約為0°49′。他還著有數學名著《算罔論》。其所作的地形圖一直流傳到唐代。他發明製造的渾天儀(公元117年)，是世界上第一台用水力推動的大型觀察星象的天文儀器。
張衡所做的渾天儀是一種演示天球星象運動用的表演儀器。它的外部輪廓有球的形象，合於張衡所主張的渾天說，故名之為渾天儀。這架渾天儀在《晉書·天文誌》中有三處記載。一處是在“天體”節中，其中引到晉代科學家葛洪的話說：“張平子既作銅渾天儀，於密室中以漏水轉之，令伺之者閉戶而唱之。其伺之者以告靈台之觀天者曰：璿璣所加，某星始見，某星已中，某星今沒，皆如合符也。”在“儀象”一節中又有一段更具體的細節描寫：“張衡又製渾象。具內外規，南北極，黃赤道。列二十四氣，二十八宿，中外星官及日、月、五緯。以漏水轉之於殿上室內。星中、出沒與天相應。因其關戾，又轉瑞輪莢於階下，隨月盈虛，依曆開落。”這裏又稱為渾象，這是早期對儀器定名不規範的反映，並不表示與渾天儀是兩件不同的儀器。第三處則在“儀象”體之末，說到張衡渾天儀的大小：“古舊渾象以二分為一度，凡周七尺三寸半分也。張衡更製，以四分為一度，凡周一丈四尺六寸一分。”
從這3段記載可知，張衡的渾天儀，其主體與現今的天球儀相仿。不過張衡的天球上畫的是他所定名的444官2500顆星。渾天儀的黃、赤道上都畫上了二十四節氣。貫穿渾天儀的南、北極，有一根可轉動的極軸。在天球外圍正中，應當有一條水平的環，表示地平。還應有一對夾著南、北極軸而又與水平環相垂直的子午雙環，雙環正中就是觀測地的子午線。天球轉動時，球上星體有的露出地平環之上，就是星出；有的正過子午線，就是星中，而沒入地平環之下的星就是星沒。天球上有一部分星星永遠在地平環上轉動而不會落入其下。這部分天區的極限是一個以北極為圓心，當地緯度為半徑的小圓，當時稱之為內規。仿此，有一以南極為中心，當地緯度為半徑的小圓，稱之為外規。外規以內的天區永遠不會升到地平之上。
張衡天球上還有日、月、五星。這7個天體除了有和天球一道東升西落的周日轉動之外，還有各自在恒星星空背景上複雜的運動。要模擬出這些複雜的運動遠不是古代的機械技術所能做到的。因此，應該認為它們隻是一種綴附在天球上而又隨時可以用手加以移動的一種附加物。移動的目的就是使日、月、五星在星空背景上的位置和真正的位置相適應。
從上麵所介紹的地動儀的故事即可得知，張衡掌握了很高明的機械技術。他的朋友崔瑗在為他寫的墓碑中讚道：“數術窮天地，製作侔造化。”前一句是道他數學天文學知識之淵博，後一句則是讚他製造的各種器物之神奇。其實，神奇是由於他巧妙地運用各種機械技術的結果。