张衡从小就爱好天文，具有刻苦钻研的精神。

东汉少年时立志“读万卷书，行万里路”。17岁时离乡游学，求师访友，考察天下，曾“入京师，观太学，遂通五经，贯六艺”，积累了丰富的知识，能够抵制当时的迷信虚伪，科学的解释自然现象。

张衡从小立志高远，不耽于安乐，而是在艰难中刻苦自学，坚韧不拨，自励上进。在成长过程中，家学的熏陶，祖父的品行业绩起到垂范作用，对张衡后来成为一位伟大的科学家有着巨大的影响，后二人同被列传于《后汉书》，名垂史册。

张衡品行高洁、才识卓著，是担任太史令的最佳人选。而张衡生平本着“不患位之不尊，而患德之不崇；不耻禄之不厚，而耻智之不博”的自诫，淡泊名利。虽然太史令仅是中级官员，俸禄并非十分丰厚，但张衡对能学以致用、进一步开拓天文研究领域的职务十分满意。