1781年6月9日，乔治·斯蒂芬森出生于英国诺森伯兰郡威兰姆。他的父亲是煤矿的蒸汽机司炉工，母亲是一个普通的家庭妇女。一家8口，全靠父亲的一点工资生活，日子过得十分艰难。
为了减轻父亲的重担，8岁那年，斯蒂芬森去给人放牛。艰苦的生活条件、繁重的体力劳动，并没有磨灭斯蒂芬森强烈的求知欲。放牛的时候，他常用泥巴做模拟的蒸汽机，锅炉、汽缸……一应俱全，像真的一样。
每当去煤矿给父亲送饭的时候，斯蒂芬森总是围着轰隆隆转动的机器入神地看个没完。他想，自己长大以后，要是也能像父亲那样当一个司炉工操纵巨大的蒸汽机干活，那该多好呀！
斯蒂芬森14岁那年，真的当上了一名见习司炉工，望着炉膛里熊熊火焰，听着机器隆隆的轰鸣，他兴奋极了，他一会儿往炉膛里添煤，一会儿给机器擦去油污，弄得满头大汗，也不肯坐下来歇一歇。
一个星期六下午，工人们都回家了。斯蒂芬森一个人留在工房里，借口清洗机器零件，把蒸汽机拆卸开，想好好了解一下它的内部结构。没想到拆开容易装配难，等他把一大堆零件重新装配起的时候，窗外已是满天星斗了。
这一夜斯蒂芬森没有睡好觉，生怕第二天机器开动不起来，耽误了生产，老板会惩罚他。第二天天还没亮他便急急忙忙地赶到工房，生火加煤，试着发动这台重新装配的蒸汽机，结果竟一下子就发动起来了，运转得比平时还好。
这件事大大鼓励了斯蒂芬森，他渴望自己也能造一台机器。他模仿拆装过的那台蒸汽机画了一张草图，煤矿的总工程师看了后高兴地拍着他的肩膀说：“好啊，有志气的孩子，希望你多读书，多掌握科学知识，将来发明一台比蒸汽机更好的机器。”
为了填补科学知识的空白，斯蒂芬森决心从头学起。他白天要做工，还要抽空给人擦皮鞋、修理钟表，以便赚些钱来补贴家用。尽管已经十分劳累了，他每天晚上都夹着书本，坚持到煤矿的夜校去上课。
那时候，他已经是一个17岁的小伙子了。可是他不怕羞，和那些七八岁的孩子坐在一起，认真地听老师讲课。由于他勤奋好学、刻苦用功，很快就掌握了许多科学知识。22岁那年，斯蒂芬森成了一名机械修理工。
有一天，煤矿的一台蒸汽机突然发生故障，工程师们都束手无策。斯蒂芬森自告奋勇，请求总工程师允许他试一试，结果竟然修好了这台机器。煤炭矿经理听说这件事后，破格把这个牧童出身的机械修理工晋升为工程师。
斯蒂芬森生活的时代，是资本主义迅速发展的时期。1781年，瓦特改进了蒸汽机，给大规模的机器生产提供了强大的动力，生产出来的工业产品大大增加，迫切需要有先进的交通工具，以便尽快地把这些产品运到各地去销售。
1801年，英国人特列维蒂克制造出了第一台蒸汽机车。可这种机车只有一个汽缸，机身很大，力量很小，靠齿轮传动，开起来声音震耳欲聋，一摇一摆，变换速度困难，经常出轨。经过几次失败，特列维蒂克灰心丧气，就不再研制机车了。
就在这一年，英国也制造出了一个火车头，这个火车头重5千克，每小时能走8千米，最多只能拉十几千克货物，并且经常出事故，许多人都讥笑说：“火车还不如马车跑得快呢。”
就在这种情况下，斯蒂芬森开始了对火车的研究。他从前人的经验中受到启示：火车要想拉得多、跑得快，必须要有“大力士”蒸汽机。他不知疲倦地阅读了大量有关蒸汽机的书，还实地考察了各种类型蒸汽机的特点。
他长途跋涉，步行1000多千米。来到瓦特的故乡苏格兰，在那里整整工作、研究了一年。从瓦特研究改进蒸汽机的过程中，斯蒂芬森懂得了能的转变和能量守恒定律。也就是说，汽缸里的蒸汽温度越高，能量就越大。
于是，他开始着手研制新的蒸汽机车，他把当时的立式锅炉改为卧式锅炉，用扩大炉膛的办法，来增加锅炉的受热面积。并且，机车改用了卧式锅炉，高度降低，行走、转弯就平稳多了，也更灵活了。
他还在车轮的圆边上加上了轮缘，防止火车发生出轨事故，以保证行车安全。就这样，经过多年的研究和反复的试验，1814年，斯蒂芬森制造出了一台名叫“半统靴”号的火车头。
斯蒂芬森亲自驾驶这个火车头，在煤矿进行了试车表演。试车结果，这台经过改进的火车头果然比以前的火车头拉得多，跑得快，美中不足的是，这个火车头的震动仍然太厉害。
在试车过程中，由于机车上的螺栓被震松了，结果翻了车，把乘在车上的一名英国国会议员和英国交通公司董事长摔伤了。这样一来，许多人嘲笑和指责斯蒂芬森，连一些原来赞成试验的官员也断言用蒸汽机作交通工具是根本不可能的。
斯蒂芬森并没有因此而止步不前。他以巨大的勇气和毅力，决心对火车头继续进行研究和改造。为了减轻火车行进时的震动，斯蒂芬森经过多次试验，终于成功地在火车上装置了减震弹簧。
为了增大锅炉所产生的蒸汽量，斯蒂芬森从薄玻璃杯传热快，不会炸裂中得到启示，没有采用增加锅炉壁厚度的办法，而是让加入锅炉的冷水先经过预热管预热，这样就避免了因温度骤起变化引起锅炉破裂。
他还采取了许多改进措施，如把汽缸里的废气用小管通到烟筒里去，利用它向上的冲力，使煤烟出得比原来更通畅，这就使得炉膛中的空气循环加快了，大大提高了煤的燃烧质量，噪声也减少了。
经过这一系列的改进，斯蒂芬森终于造出了牵引力大、运行安全的“旅行”号机车。这以后，从1823年开始，斯蒂芬森应聘负责修建从斯托林克顿到达林顿的铁路，历时两年终于建成。
1825年9月27日清晨，天还没有大亮，斯托林克顿的许多居民早早起了床，有的步行，有的骑马，有的坐车，络绎不绝地向同一地点赶去，原来就在这一天，斯蒂芬森要亲自驾驶“旅行”号拖着6节煤车和20节挤满乘客的车厢，轰隆隆地向达林顿方向驶去。人们欢呼雀跃，有些骑马的小伙子，催马紧随在火车后面，一边奔跑一边大声喝彩。
当这列火车以每小时24千米的速度，越过中途的一个大斜坡，安全到达终点站达林顿的时候，斯蒂芬森才发现，列车上竟载了450个乘客加上6节煤车，载重量已经达到了90千克，他欣喜若狂。
在成功和荣誉面前，斯蒂芬森并没有自我陶醉，就此止步。他继续致力于火车的研究和改进工作，和他的儿子罗伯特·斯蒂芬森一起，设计制造出了一台取名“火箭”号的新火车头。
就在这期间，英国政府决定在利物浦和曼彻斯特两大城市之间修筑一条铁路。斯蒂芬森被聘请为负责修筑这条铁路的工程师，在当时的条件下，这是一项规模空前的大工程。他和工人们一起，克服了重重困难，如期修成了这条铁路。
斯蒂芬森的成功大大鼓舞了人们研制火车的兴趣。1829年10月，在利物浦附近举行的一次火车比赛中，斯蒂芬森新制造的“火箭”号荣获冠军。从此，火车正式登上历史舞台，使陆上交通运输的发展进入了一个新的时期。