張衡，字建平，懷州河內人，北周到隋朝時期大臣，西魏河陽太守張嶷的孫子，北周萬州刺史張光的兒子。個性耿直，胸懷大誌，初仕北周，累遷掌朝大夫，隋文帝繼位，曆任司門侍郎，支持晉王楊廣治理並州和揚州。楊廣成為太子後，遷太子右庶子兼任給事黃門侍郎，協助太子楊廣奪取皇位。隋煬帝時期，深得重用，累遷銀青光祿大夫、禦史大夫，奉命營建汾陽宮時，勸諫隋煬帝愛惜民力，受到猜忌。以誹謗朝政罪被殺，追贈大將軍、南陽郡公，諡號為忠。
張衡，幼懷大誌，有鯁直之風，十五歲，到太學學習，他用心學習，認真研究，被同輩人所推許。周武帝宇文邕遭太後之喪，卻與左右親信出去打獵，張衡免冠露發，抓住北周武帝的坐騎，直言勸諫，周武帝嘉獎了他，賜他衣服一襲、良馬一匹，提拔他當漢王侍讀。張衡到沈重那裡學習《三禮》，略略推究大意，累次升遷，到任掌朝大夫。
隋文帝楊堅建立隋朝後，拜授他為司門侍郎，到晉王楊廣為河北行台時，張衡曆任刑部、度支二曹郎，後因河北行台廢置，授他為並州總管掾。楊廣轉而鎮守揚州後，張衡又當他的總管掾，楊廣很親重他，張衡也儘忠竭力侍奉他。奪太子之位的計謀，大多為張衡所提出，因母喪離職，一年多後，重新作官，當揚州總管司馬，賜縑采三百段。
熙州人李英林聚眾造反，設置文武百官，朝廷以張衡為行軍總管，率領步兵、騎兵五萬人討伐平定叛軍，授為開府，賜奴婢一百三十口，縑采五百段，另加金銀和牲畜。楊廣成為皇太子後，授張衡為右庶子，兼任給事黃門侍郎。隋文帝駕崩，楊廣繼位，任給事黃門侍郎，升任銀青光祿大夫，不久任禦史大夫，很被楊廣親近看重。
楊廣到榆林郡後，回到太原，對張衡說：“我想到你家裡去，你為我作東道主吧。”張衡趕到河內，與張家的人準備好牛肉美酒。楊廣上太行山，開辟直路九十裡，以到他家裡。楊廣很喜歡那裡的山泉，留下來飲宴三天，因而對張衡說：“以前隨先皇帝拜謁太行山的時候，途經洛陽，看到這裡，深深遺憾不得相訪，不料今日得遂夙願。”張衡拜伏於地，謝謝楊廣，並奉杯敬祝楊廣。楊廣更高興，賜他住宅旁的田地三十頃，良馬一匹，金帶，縑采六百段，衣服一襲，禦用食器一具。張衡推辭，楊廣說：“天子到了哪裡，之所以叫幸，就是因為這，不必推辭了。”張衡又給楊廣獻食，楊廣下令賜給公卿，一直到衛士們，無不沾光。張衡因是楊廣當藩王時的故交，恩寵無人可比，很有些驕貴。
楊廣到汾陽宮，宴請隨從官吏，特賜絹帛五百匹，當時楊廣想擴建汾陽宮，讓張衡和紀弘整畫好圖紙奏上，張衡借機進諫說：“這幾年勞役繁多，百姓疲憊，請您留點神，稍稍少搞點這類事。”楊廣心裡很不舒服，楊廣曾看著張衡，對侍臣們說：“張衡自以為因為他的計謀，才讓我有天下。”
當時，齊王楊暕失愛於楊廣，楊廣秘密讓人找楊暕的過失。有人告張衡違反製度，將伊闕令皇甫詡帶到汾陽宮，又說以前楊廣到涿郡以及祭祠恒嶽時，那些來謁見的父老鄉親，衣冠大多不整。楊廣怪罪張衡，身為司法官，不能檢舉處理這些問題，讓他出京當榆林太守。
楊廣又到汾陽宮，張衡正在督促勞役修築樓煩城，因而拜見楊廣，楊廣厭惡張衡沒有消瘦，以為他不想過失，因此對張衡說：“你長得很肥，應暫且回到郡裡去。”張衡又到榆林郡去，繼而令張衡監督修江都宮的勞役。有人到張衡那裡告監修江都宮的人，張衡不為他處理，卻把狀紙交給那個監工，這個人吃了監工更大的虧，禮部尚書楊玄感出使到江都，這個人到楊玄感處喊冤。
楊玄感自然認為張衡的作法不對，到與張衡相見時，楊玄感又沒說什麼，張衡又先對楊玄感說：“薛道衡真是被冤死的。”楊玄感把這些事都報告給了楊廣，江都丞王世充又奏張衡頻頻減少勞役的飯食。楊廣於是發怒，把張衡關起來，送到江都，將要殺他，過了很久才放他，除名為民，放他回老家鄉裡，楊廣常令親信窺探張衡在作些什麼。
楊廣從遼東回到洛陽，張衡的小妾誣告心懷怨恨，誹謗朝政，楊廣竟然賜他在家裡自儘，臨死時大聲說：“我為世人作了什麼好事哦，還想久活！”監督行刑的塞耳不敢聽，下令殺了他，因其死於無辜，追贈他為大將軍、南陽郡公，諡號為“忠”。
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