古代经典天文学，实质是天体测量学与天体力学，古代天文学家为了观测天象和推测日月五星行度计运动规律，也就必须借助相应的仪器。在我国天文学史上，浑天仪的制造正是与浑天说理论相伴生的。

  较早对“浑天”作诠释的扬雄《法言·重黎》所说“（落）下闳营之，鲜于妄人度之，耿中丞象之”。浑天仪器又有“浑仪”与“浑象”两种，前者系观察天象与天体运行的测量仪器，后者是因观测成果制成的天球模型（即天球仪）。

《晋书·天文志》引葛洪说：

张平子既作铜浑天仪，于密室中以漏水转之，令伺之者闭户而唱之。其伺之者以告灵台之观天者曰，“璇玑所加，某星始见，某星已中，某星今没”，皆如合符也。

又记云：

至顺帝时，张衡又制浑象，具内外规、南北极、黄赤道，列二十四气、二十八宿中外星官及日月五纬，以漏水转之于殿上室内、星中出没与天相应。因其关戾，又转瑞轮蓂荚于阶下，随月虚盈，依历开落。

《隋书·天文志》于记录“后汉张衡为太史令，铸浑天仪，总序经星，谓之《灵宪》”后，则分述“浑天仪”与“浑天象”。其论“浑天仪”云：

永元十五年，诏左中郎将贾逵，乃始造太史黄道铜仪。至桓帝延熹七年，太史令张衡，更以铜制，以四分为一度，周天一丈四尺六寸一分。亦于密室中，以漏水转之。

【注】按：此段文字同见《后汉书补注》引“长孙无忌曰”。又，此云张衡于“桓帝延熹七年”制铜仪，时间后张衡逝年即顺帝永和四年达二十五年之久，显然有误。

又论“浑天象”云：

浑天象者，其制有机而无衡。……不如浑仪，别有衡管，测揆日月，分步星度者也。……由斯言之，仪象二器，远不相涉。则张衡所造，盖亦止在浑象七曜，而何承天莫辩仪象之异，亦为乖失（按：此指何承天以后赵史官丞南阳人孔挺以古浑仪法所制浑天仪即张衡作的说法）。

沈约《宋书·天文志》云：

古旧浑象以二分为一度，凡周七尺三寸半分。张衡更制，以四分为一度，凡周（天）一丈四尺六寸。蕃以古制局小，星辰稠穊，衡器伤大，难可转移。更制浑象，以三分为一度，凡周天一丈九寸五分四分分之三也。

又记云：

衡所造浑仪，传至魏、晋，中华覆败，沈没戎虏；绩、蕃旧器，亦不复存。晋安义熙十四年，高祖平长安，得衡旧器，仪状虽举，不缀经星七曜。

至元脱脱等撰《宋史·天文志》云：

汉马融有云：“……玑衡者，即今之浑仪也。”吴王蕃之论亦云：“浑仪之制，置天梁、地平以定天体，为四游仪以缀赤道者，此谓玑也；置望筩横萧于游仪中，以窥七曜之行，而知其躔离之次者，此谓衡也。”若六合仪、三辰仪与四游仪并列为三重者，唐李淳风所作。而黄道仪者，一行所增也。如张衡祖落下闳、耿寿昌之法，别为浑象，置诸密室，以漏水转之，以合璿玑所加星度，则浑象本别为一器。唐李淳风、梁令瓒祖之，始与浑仪并用。

至落下闳制圆仪，贾逵又加黄道，其详皆不存于书。其后张衡为铜仪于密室，以水转之，盖所谓浑象，非古之玑衡也。

 综观上引诸条，结论似是，张衡既制观测天体运行之浑仪，又制表现观测结果之浑象，前者仅见《灵宪》、《浑天仪注》中的文字记录，后者史志记载较详，并可见其于仪器制造的贡献。