公元1世纪的时候，古希腊亚历山大港的数学家希罗发明的玩具——汽转球就是世界上第一台蒸汽机。1679年法国物理学家丹尼斯•巴本制造了蒸汽机的工作模型。在瓦特之前，纽可门的蒸汽机已经在许多场合使用了。由于英国工业革命时代的呼唤，急需要那种工业实用的节能的蒸汽机问世，瓦特蒸汽机就应运而生了。
在英国，最早的使用蒸汽机是萨弗里发明的，它是先让一个大的蛋形容器充满蒸汽，关闭进气阀，在容器上喷淋冷水，使容器冷却变成真空，同时打开抽水阀门，利用容器的真空把矿井里的水吸上来。然后关闭吸水阀，打开进气阀和排水阀，通过蒸汽把水排出容器。如此反复，两个蛋形容器交替工作，可以将井底的水连续排出。
纽可门及其助手卡利在1705年发明了大气式蒸汽机，和弗里斯的提水机相比，纽可门的贡献在于把蒸汽机和抽水泵分开了，蒸汽机作为独立动力来驱动提水泵。但是，纽可门的大气式蒸汽机还是利用大气的压力来推动蒸汽机工作，它的热效率很低，这主要是由于蒸汽进入汽缸时，在刚被水冷却过的汽缸壁上会冷凝大量的蒸汽而损失掉大量热量，只在煤价低廉的矿区才得到使用。
詹姆斯•瓦特1736年1月19日生于英国格拉斯哥。童年时代的瓦特曾在文法学校念过书，然而没有受过系统教育。瓦特在父亲做工的工厂里学到许多机械制造知识，以后他到伦敦的一家钟表店当学徒。1763年瓦特到格拉斯大学工作，修理教学仪器。
1764年，学校请瓦特修理一台纽可门蒸汽机。他仔细研究了纽可门式的蒸汽机的工作原理，认识到纽可门机热效率低的原因是由于蒸汽必须在缸内冷凝，造成热能的浪费，工作效率也很低。这个问题在他脑子里盘旋了将近一年，直到1765年的春天，在一次散步的时候，突然来了灵感：分离冷凝器，让蒸汽在缸外冷凝。当年，瓦特制造了冷凝器与汽缸分离的蒸汽机，他的这项发明在1769年获得了英国的专利。
1781年瓦特制造了从两边推动活塞的双动蒸汽机。瓦特的发明使蒸汽机敏捷地自动做功，他使本来只能提水的机械，成为了可以普遍使用的蒸汽机，并使蒸汽机的热效率成倍进步，煤耗大大下降。因而瓦特是蒸汽机最首要的创造人。1785年，他也因蒸汽机改进的重大贡献，被选为英国皇家学会会员。