张衡勤敏好学，博识多能，在任太史令期间，悉心研究天文、历算，著《灵宪》、《□罔论》等科学著作，并先后发明和制作了举世闻名的浑天仪和地动仪。又曾上疏反对当时流行的谶纬迷信，写有《请禁绝图谶疏》。 张衡的文学作品主要是辞赋和诗。他的散体大赋以《西京赋》、《东京赋》最为有名。这两篇赋合称为《二京赋》，是他早年入京后有感于“天下承平日久，自王侯以下莫不逾侈”而作。题材体制均模拟班固《两都赋》，但结构更为宏阔，思想艺术上也显示出某些特色。赋的主旨是规讽统治阶级，有些议论颇为深刻切直。如告诫统治者切莫“剿民以□乐，忘民怨之为仇”，警告他们要知道“水所以载舟，亦所以覆舟”的道理。表现了作者对当时社会危机的深刻忧虑和对人民力量的理解。《二京赋》中描述了以前的同类大赋从未记载的若干新事物，如它对都市商贾、侠士、辩士的活动以及杂技和角□百戏的演出情况等都有所反映。有些片断描写生动，如《东京赋》中“濯龙芳林”以下一段，仿照《子虚赋》，按东、西、南、北方位铺写景物，语句清新，颇富文采。《西京赋》中写平乐广场观“角□之妙戏”一段，记述各种技艺的表演，宛如目睹，且是中国古代极珍贵的杂技艺术史料。

《二京赋》外，另著有《南都赋》、《温泉赋》、《归田赋》、《思玄赋》、《四愁诗》等名篇，今人张震泽注有《张衡诗文集校注》。