张衡发明了：浑天仪、地动仪、瑞轮荚、指南车、计里鼓车、独飞木雕、地形图。
1、浑天仪
浑天仪，是浑仪和浑象的总称。浑仪是测量天体球面坐标的一种仪器，而浑象是古代用来演示天象的仪表。浑仪和浑象是反映浑天说的仪器。浑天仪发明者据说是我国汉朝西汉时期的落下闳，汉朝东汉时期伟大的科学家张衡进行改进。中国现存最早的浑天仪制造于明朝，陈列在南京紫金山天文台。
2、地动仪
地动仪有八个方位，他们分别是东，南，西，北，东南，西南，东北，西北，每个方位上均有口含龙珠的龙头，在每条龙头的下方都有一只蟾蜍与其对应。任何一方如有地震发生，该方向龙口所含龙珠即落入蟾蜍口中，由此便可测出发生地震的方向。
3、瑞轮荚
瑞轮荚是张衡别出心裁创造的自动日历，它模仿神话中奇树蓂荚的特征，靠流水作用，从每月初一开始，一天出现一片叶子，到满月出齐15片，然后每天再收起一片，到月末为止，循环开合。这个神话曲折地反映了尧帝时天文历法的进步。张衡的机械装置就是在这个神话的启发下发明的。听谓“随月盈虚，依历开落”，其作用就相当于现今钟表中的日期显示。
4、指南车
指南车，又称司南车，是古代用来指示方向的一种装置。它与指南针利用地磁效应不同，它不用磁性。指南车是利用齿轮传动来指明方向的一种简单机械装置，车箱内用一种能自动离合的齿轮系统，车箱外壳上层置一木刻仙人，无论车子朝哪个方向转动，木人伸出的臂都指向南方。
5、计里鼓车
记里鼓车，又称记里车、大章车，张衡创造的计里鼓车是用以计算里程的机械。构造与指南车相似，车有上下两层，每层各有木制机械人，手执木槌，下层木人打鼓，车每行一里路，敲鼓一下，上层机械人敲打铃铛，车每行十里，敲打铃铛一次。所利用的差速齿轮原理，早于西方1800多年。
6、独飞木雕
张衡制作独飞木雕，是模仿鸟类高空翱翔的滑翔翼型设计。
7、地形图。
张衡也研究过地理学，根据他研究和考察的心得，画过一幅地形图。唐张彦远《历代名画记》卷3云：“衡尝作地形图，至唐犹存。”
除此外发明，张衡还在天文学方面著有《灵宪》《浑仪图注》等；数学著作有《算罔论》；文学作品以《二京赋》《归田赋》等为代表，与司马相如、扬雄、班固并称“汉赋四大家”。
闻名后世
1、公元1109年（宋徽宗大观三年），张衡因算学方面的成就被北宋追封为西鄂伯。
2、后世称张衡为“木圣”（科圣）。为了纪念张衡的功绩，联合国天文组织于1970年将月球背面的一个环形山命名为“张衡环形山”，又于1977年将小行星1802命名为“张衡星”，2003年，国际小行星中心为纪念张衡及其诞生地河南南阳，将小行星9092命名为“南阳星”。