Zhang Heng nacque nel distretto di Nanyang, provincia del Henan, nella parte centrale della Cina. In gioventù amava studiare e sapeva scrivere molto bene. A 17 anni lasciò il paese natale raggiungendo Chang’an, la futura Xian, capitale di molte dinastie della storia cinese. Qui visitò molti siti storici, studiandone le usanze e costumi e la situazione economica e sociale. Di seguito il giovane e valente Zhang Heng fu notato  dalla corte imperiale che lo nominò più volte funzionario. A Luoyang, capitale del tempo, fu successivamente storico di corte, ministro e funzionario dei canali.

In giovantù Zhang Heng era molto interessato alle scienze naturali, specialmente all’ astronomia. Lontano dalla fama e dal guadagno, dette  due volte le dimissioni da funzionario, dandosi per tre anni a ricerche  filosofiche, matematiche ed astronomiche, accumulando molte nozioni ed iniziando a scrivere testi in merito.

Durante la dinastia Han, oltre 2000 anni fa, in Cina esistevano molte teorie sulla struttura dell’universo. Tre erano le maggiori: la teoria Gaitian (della copertura celeste), la teoria Huntian (del globo celeste) e la teoria Xuanye (dello spazio infinito). Zhang Heng è il rappresentante della seconda. Egli riteneva che il cielo fosse come un uovo e la terra come il suo tuorlo, il cielo è grande e la terra è piccola, cielo e terra sono sostenuti dall’energia e galleggiano sull’acqua. Allora questa teoria era molto avanzata. Anche le risposte di Zhang Heng alle domande sull’origine e sull’evoluzione di cielo e terra sono discriminanti. Egli riteneva che prima della separazione fra cielo e terra ci fosse il caos, dopo la separazione, le parti leggere sono salite in alto formando il cielo e quelle pesanti si sono aggregate nella terra. Il cielo ha un’energia Yang e la terra un’energia Yin ed i due si influenzano reciprocamente creando la varietà dell’universo. Egli illustrò anche tramite i cambiamenti delle distanze la velocità del movimento dei pianeti. Secondo le prove della scienza moderna, la velocità del movimento dei pianeti è collegata alla loro distanza dal sole, da cui emerge la razionalità dell’illustrazione di Zhang Heng.

Zhang Heng dette importanza non solo alle ricerche teoriche, ma anche a quelle pratiche, progettando di persona uno strumento ad acqua per la misurazione della rotazione del globo celeste e uno strumento di misurazione del movimento della terra. Il secondo costituisce il primo strumento creato al mondo per il monitoraggio dei terremoti: per suo tramite nell’anno 138 Zhang Heng registrò con successo un terremoto avvenuto nello Shaanxi. Il primo, simile all’ attuale globo terrestre, fu inventato in origine da un altro scienziato e Zhang Heng vi apportò alcuni miglioramenti.

Zhang Heng osservò e analizzò molti fenomeni astronomici specifici. Egli contò che nella Cina centrale le stelle visibili erano circa 2500, padroneggiando inoltre fondamentalmente la teoria delle eclissi di luna. Misurò anche esattamente il diametro del sole e della luna, ritenendo che il sole al mattino, a mezzogiorno e alla sera abbia la stessa dimensione: in apparenza al mattino e alla sera pare più grande, ma è solo un effetto ottico.  La spiegazione di Zhang Heng non è molto completa, tuttavia è ragionevole. 

Zhang Heng fu non solo un astronomo, ma anche un famoso letterato dell’epoca degli Han orientali, inoltre eccelleva anche nella pittura e fu considerato uno dei sei maggiori pittori del tempo. Secondo le registrazioni storiche, nella sua vita Zhang Heng ha lasciato in totale 32 opere scientifiche, filosofiche e letterarie. Fra queste, “Yingxianfu” contiene il suo atteggiamento verso l’uomo e lo studio e “Sixuanfu” è un poema su un viaggio immaginario dell’umanità nell’universo, uno scritto di fantascienza della Cina antica. “Xijingfu” e “Dongjingfu” sono considerati le sue opere rappresentantive e si sono tramandate fino alla nostra epoca. In queste due opere Zhang Heng descrive nei particolari  Dongjing e Xijing (Dongjing è l’attuale città di Xian nella provincia dello Shaanxi e Xijing l’attuale Luoyang nella provincia del Henan), presentando in toni romantici le usanze e i costumi delle due località. In particolare l’illustrazione delle acrobazie popolari costituisce un prezioso materiale storico sull’arte dell’acrobazia dell’antica Cina.