16～17世纪，煤作为能源被大量开采。随着煤矿的增加和矿井越开越深，排除矿井中的积水，成为煤生产中的关键问题。急需寻求新的动力机，来解决经济和生产的需要。巴本、纽可门先后设计了蒸汽动力机，但由于易爆危险、效率低等原因，不能满足需要。要使蒸汽机成为具有巨大工业效益的动力机械，必须在结构上作重大的改进，这个工作最终由一位大学的仪器修理工——瓦特在英国实现。
詹姆斯·瓦特1736年出生在苏格兰的一个木匠家庭，从小饱受贫穷和疾病的折磨，他的教育是在家庭和父亲的工场里受到的。1756年，他在格拉斯哥大学做机修工。1763年，他受命修理大学的一台纽可门蒸汽机，得以仔细研究纽可门机的结构，并发现它热量损失太大是由于每工作一次汽缸和活塞都要冷却。1765年他终于想出了在汽缸之后再加一个冷凝器的主意。1769年，他造出了第一台“单动式蒸汽机”，并获得了发明冷凝器的专利。1782年，他进一步设计了双向汽缸，1784年又制造了一台“双冲程蒸汽机”，并加上了飞轮和离心节速器，把单向运动变成旋转运动。
瓦特蒸汽机的主要特点是改大气压力做功为蒸汽直接推动活塞做功，增加了冷凝器，提高了效率。这在蒸汽机发展史上迈开了具有决定性的一步，成为可用一切动力机械的万能“原动机”。到1790年，瓦特机几乎全部取代了老式的纽可门机。纺织业、采矿业和冶金业等在瓦特机的带动下迅猛发展，蒸汽机改变整个世界的时代到来了。
瓦特的一生，都贡献给了蒸汽机的研制事业。恩格斯把蒸汽机看作是第一个真正国际性的发明，这是对其贡献的最好评价。英国人为了纪念他，特意在他的住宅处给他建造了铜像。