张衡是一位具有多方面才能的科学家。他的成就涉及到天文学、地震学、机械技术、数学乃至文学艺术等许多领域。
张衡曾被唐代人看作是东汉时代的大画家。张彦远的《历代名画记》卷三记有：“张衡作《地形图》，至唐犹存。”这幅《地形图》中是否还有地理科学上的意义，现已无可考了。当时还流传有他用脚画一只神兽的故事。故事虽然神化了，但也反映出张衡有很高的画技。
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。他又对东汉皇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。这些上书均无下文。
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。
他又是个大文学家，他的《二京赋》曾花了10年的创作功夫，可见其创作态度的严肃。这篇赋不但文辞优美，脍炙人口，而且其中讽刺批评了当时统治集团的奢侈生活，其思想性也是比较高的。他在河间相任期时创作的《四愁诗》受到文学史家郑振铎先生的高度评价，称之为“不易得见的杰作”。他的《思玄赋》中有大段文字描述自己升上了天空，遨游于众星之间，可说是一篇优雅的科学幻想诗。除了上述诸文外，遗留至今的还有《温泉赋》、《归田赋》等20多篇，都是辞、义俱佳的力作。
