南阳市张衡博物馆是依托张衡墓园建立的专题性博物馆。张衡墓园东临南阳白河，南接蒲山，面山靠水，环境宜人。墓园所在地，汉代时为南阳郡西鄂县，北周废西鄂，为宛县所辖。
建国后属河南省南阳县，现属南阳市卧龙区石桥镇。据史书记载，墓园原有翁仲列兽，前建有庙宇，墓前有汉崔瑗、晋夏侯湛所撰书的碑文石刻。唐代诗人郑谷曾作《题张衡庙》诗一首。较早记载张衡墓位置的文献是北魏郦道元所著《水经注》：“氵育水又过西鄂县南，水北有张平子墓，墓之侧有平子碑。”至明代墓地荒芜，嘉靖四十三年，乡人周子纪重封筑之，前立碑记之。清光绪八年，夏村人师晓亭曾对墓园进行了修葺：并将字迹模糊、细审可续的明碑重刻立于墓侧。由于历史悠久，风雨兵焚的破坏，墓园至解放前已经十分荒芜，仅剩一个土冢和三通古碑而已。
张衡博物馆现占地面积16000平方米，建筑面积2200平方米。整个建筑为汉代陵园风格形制，座北朝南，轴线对称。山门前是一对高大雄伟的汉阙，汉阙为砖石结构，上覆重檐屋顶，阙身饰有朱雀图形。山门两侧，各有面阔七间的门房，门房顶部各建望楼一座，东西对称，颇有壮观。穿过山门，神道两侧各立四尊石象生，雄浑拙朴、栩栩如生。石像生东西两边均为三十多米长的回廊，回廊内常年举办各种临时性展览。沿神道拾阶而上，便是气势巍峨的拜殿，拜殿内有基本陈列《张衡生平成就展》，详细介绍了张衡的奋斗历程和伟大业绩，展览图文并茂，引人入胜，指南车、计里鼓车仿真模型列布其中。拜殿前为大理石铺砌的宽阔平坦的月台，凭栏眺望，蒲峰远峙，洱河如带，古塔巍然耸立，村舍农田相间，近处楼亭各抱其势，奇树异草争荣斗妍，宛如一幅优美的彩墨长卷，让人心旷神怡，流连忘返。拜殿东西两侧为通高七米，砖混结构的浑天仪、地动仪大型雕塑，向人们展示着这位科学巨匠的伟大发明，绕过拜殿，穿过青砖拱门便是历经风雨苍桑，掩埋这位伟人1800多年的墓冢。墓冢为半圆形，高8米，周长79米，辟有环形甬道，供游人瞻仰游览，外有八角青砖花墙围之，墓前有明嘉靖四十三年墓碑一通，四周松柏簇拥，庄严肃穆。墓前有两座碑楼，墓东为碑林，竖立郭沫若题词碑、严济慈题词碑等碑刻三十余通。墓北200米处，是平子读书台遗址，相传为张衡少年时代发奋读书的地方，竖有原南阳行署专员宋绍良所题写的“汉张平子读书台故址”碑。张衡博物馆面山依水、景色秀丽。西北1公里处，就是出门的汉“西鄂城故址”，故址内残垣断壁隐约可见，汉代瓦砾遍地皆是。东与全国重点文物保护单位，宛北名刹——鄂城寺隔路相望，寺内隋朝古塔，宋代石狮至今完好。
解放后，党和国家十分重视张衡墓园的维修与保护，1985年原南阳县政府对墓园和读书台加以修缮。墓前竖郭沫若先生题词碑。墓区遍植松柏，并环砌花墙一周。月形门外两侧移竖了明嘉靖四十三年和清光绪八年所刻石碑，并加盖了碑楼。在读书台遗址，重修了一座束腰高台，上竖“汉张平子读书台故址”石碑一通。1963年6月张衡博物馆内张衡墓被河南省政府公布为“河南省重点文物保护单位”；1988年1月国务院公布张衡墓为全国重点文物保护单位。
张衡，字平子，是我国东汉时期伟大的科学家、文学家，“南阳五圣”之一。东汉章帝建初三年（公元78年）出生于南阳郡西鄂县（今南阳市石桥镇夏村）。他“天资哲，敏而好学。”一生取得了多方面的成就，曾有“百科全书式人物”的称谓。在科学上，写出了天文学理论著作《灵宪》。
创造性地制作了用漏壶淌水转动的浑天仪，并作《浑天仪图注》，为天文学的发展做出了巨大的贡献。公元132年，他发明制造了世界上第一台测量地震方位的仪器一一地动仪。比欧洲同类仪器早170O多年，开启了地震学的研究，被誉为地震学的鼻祖。他还制做了“指南车”、“计里鼓车”、“独飞木雕”（在木制的雕鸟内部装置机关，使之能独立飞翔数里）、“瑞轮荚”（以水作动力，联接漏壶，利用差动齿轮，上半月每天转出一片荚，下半月每天转入一片荚，用以显示月亮盈亏和活动日历的仪器。）等奇异机械，并在数学、历法、历史地理、绘画诸方面都有很高的造诣。在文学上，他写作了诗、赋、铭等30多篇，在我国文学史上占有独特的位置。
为了纪念张衡这位世界文化名人、科学界巨人，更好地保护张衡墓这一全国重点文物保护单位并加强对张衡的研究，南阳县于1986年12月成立了张衡博物馆。1995年1月南阳撤地设市，归属南阳市文化局，更名为“南阳市张衡博物馆”。新的张衡博物馆建设（包括墓园修缮）开始于90年代。整个工程由两部分组成，第一部分为张衡墓园，规划占地15000平方米。设计者汲取了我国古代建筑中的优秀传统，以仿汉建筑的外观，青灰的色调来显示墓园的庄严与肃穆。墓园坐北朝南，由汉阙、山门、门房、廊房、石象生、享堂、墓冢、角楼、围墙组成。
1992年开工修建，2000年底已基本完成。第二部分为博物馆展厅，位于墓园西侧，濒临南（阳）南（召）公路，占地约23，000平方米。其主要建筑有门楼、综合展厅、古天文馆、模拟地震厅等组成，尚在规划阶段。
南阳市张衡博物馆共有馆藏文物1030件，三级以上藏品600余件，类别有石、陶、瓷、金银、铜铁、书画等。
博物馆地址：河南省南阳市北郊二十公里石桥镇小石桥村。
乘车路线：南阳汽车站乘南阳—鸭河城乡公交至张衡博物馆。
