Чжан Хен народився в Наньяні (нинішнє місто Наньян провінції Хенань Центрального Китаю), в бідній сім'ї, якій часто надавали допомогу родичі. Це не лише дозволило йому пізнати важке життя простого народу, але і стимулювало його активність в навчанні. Завдяки наполегливому навчанню він вже десятирічним підлітком міг пистаи грамотні есе. У 17 років він покинув рідний будинок, став вчитися в Західній столиці Чан'ане і Східній столиці - Лояні. Обидва ці міста в ту пору процвітали. Аристократія жила там розкішним і розгульним життям. Чжан Хену це було не до душі. Він написав два есе у формі римованої прози – «Сицзінфу», «Дунцзінфу» (про Західну столицю і про Східну столицю), які пронизані їдкою іронією щодо життя знаті. Але на літературних здібностях не закінчувалися всі його таланти. Чжан Хен особливо любив математику і астрономію. Імператор дізнався про ці його таланти і призначив Чжан Хена чиновником, завідуючим спостереженнями за астрономічними явищами.

　　  У процесі своїх спостережень і досліджень Чжан Хен дійшов висновку, що Земля є круглою, і, що Місяць дає світло завдяки опроміненню сонячним світлом. Він вважав, що космос оточує Земну кулю подібно до шкаралупи яйця, а Земна куля, немов яєчний жовток, розташована в центрі космічного простору. Ці думки з сьогоднішніх позицій виглядають не зовсім точними, але те, що вони були сформульовані вченим, який жив більше 1800 років тому, не може не викликати пошани і захоплення сучасних людей. 

　　  Для того, щоб вести астрономічні спостереження, Чжан Хен винайшов прилад «хуньтяньї». Він був порожнистою бронзовою кулею діаметром 2,7 метра. Залізна жердина, подібно до осі, проходила через центр кулі. Вісь була встановлена на підставці і збігалася з напрямом обертання Землі довкола осі. На кулі були намальовані Сонце, Місяць, великі зірки. Прилад обертався за рахунок сили води. Кожну добу він обертався на одне коло, таким чином міг порівняно точно показувати положення Сонця, Місяця і зірок. 

　　  Пізніше Чжан Хен ще винайшов прилад під назвою «ді-дун-ї» (протосейсмограф). За часів династії Східна Хань в Китаї часто виникали землетруси. Тоді про появу землетрусів в народі існували різні забобони. Чжан Хен же вважав: землетруси – це стихійні лиха. Людям треба досліджувати їх закономірності, щоб усунути або зменшити збитки, що завдається ними. Щоб знайти закономірності землетрусів, він виготовив в 132 році прилад з виявлення землетрусів. Він відлив цей прилад з міді. Головна частина приладу нагадувала за формою велику судину для вина. Коли прилад «ді-дун-ї» був виготовлений, його встановили в столиці Лояні в спеціальній будівлі для спостереження за землетрусами.