1840～1949年中华人民共和国成立前，中国近代机械工业逐步由手工业作坊式小生产向使用动力机器的生产方式转变。这100余年的机械工业发展过程大体可分为两个阶段。
一、中国近代机械工业的兴起和发展（1840～1926年）
鸦片战争后，中国社会由封建统治开始转变为半殖民地半封建统治。这个时期诞生的机械工业，从一开始就具有半殖民地半封建的特点：中国最早使用动力的机械厂是外商办的；中国人自己最早创办的机械厂是清政府经营的军火企业；中国民族资本创办的企业，一直处于帝国主义、封建主义、官僚买办的压迫之下。
（一）外商在中国经营的机械厂
鸦片战争以后，帝国主义取得了在中国沿海和内河的航行权。为了适应航运业发展的需要，外商首先在中国建立了船舶修造厂。1845年英国人柯拜在广州黄埔设立的柯拜船舶厂，是中国领土内最早的一家外资机械厂。1854年第二次鸦片战争后不久，外商在黄埔经营的船坞船厂增至5～6家。英、美商人并纷纷在华东设立船舶修造厂，其中较大的有英商办的上海祥生船厂、耶松船厂和和丰船厂。至19世纪60年代末，外商在广州、上海、厦门、福州等沿海口岸建立的大小船舶修理厂已达22家，雇用的中国工人达9000人。外商在中国经营的机械工业除船舶修造厂外，还有铁路车辆修理厂，如1880年英国人在唐山建立了中国第一个铁路车辆修理厂（原名胥各庄修车厂，1899年迁至唐山，已有工人约3000人，更名为唐山修车厂）。1901年德国人在青岛四方村建立了青岛铁路工厂（现四方机车厂前身）。这两个工厂都是当时规模较大的企业。据1908年统计，外资经营的34个主要机器厂中，船舶修造厂28个，占82％；铁路车辆工厂3个，占9％。这些厂以英商经营的最多，约占总数的2/3。
20世纪初，日本在东北加紧了对中国的经济侵略。日俄战争后，在南满地区，开办了一批机械工厂。到20世纪20年代已有较大的铁路、造船、矿山机器等机械制造厂20多家。南满铁道株式会社于1906年扩建了接收帝俄的大连铁路工厂、抚顺煤矿机械厂（现抚顺重机厂的前身）。1907年新建了沙河口铁路工厂（现大连机车厂前身）。1908年川崎造船所扩建了接收帝俄在大连的船坞和工场。设大连分厂（现大连造船厂前身），至1914年已发展成为拥有日籍职工2800余人、中国工人1万余人的大型修造船厂，能修造5000吨级轮船。新建的大型机械厂有：1917年建立的大连机械制作所（现大连重型机器厂前身）、大连铁工所和1919年建立的安治川铁工所等。
1919年美商在上海曾建立专为装配机器的慎昌工厂（现上海锅炉厂前身）。美商对中国主要是输出机器设备，长时期占中国进口机器设备总额的1/5～1/4，所办机器厂较少。
（二）清政府设立的军工厂
1861年曾国藩创办安庆军械所是中国人自办的第一座机械厂。1863年他又派容闳赴美采购机器，筹备建立规模较大的近代机械工业企业。1862年李鸿章先后命丁日昌、韩殿甲和英人马格里分别在上海、苏州建立三个洋炮局。苏州洋炮局使用蒸汽机动力并雇用外籍人员，但规模不大，仍主要以手工方式生产。19世纪60年代到20世纪初，曾国藩、李鸿章、左宗棠等和各省先后办了大大小小的军事工厂20多个，其中规模较大的有江南制造总局、金陵制造局、福州船政局、天津机器局和湖北枪炮厂。
（1）江南制造总局。简称江南制造局，1865年6月8日建局。曾国藩和李鸿章以收购的上海虹口美商佛而士1863年开办的旗记铁工厂（修造轮船）为基础，将原设上海的两个洋炮局并入而成立。容闳从美国购买的机器百余台也在同年运抵上海全部投入该局，至1891年全局已拥有机器厂、枪厂、火药厂、炮弹厂、水雷厂、铸铜铁厂、熟铁厂、炼钢厂等13个工厂和一个工程处，职工达3500余人。各种机床662台，还附有广方言馆、工艺学堂、翻译馆等。江南制造局前后基建投资共用银约200万两，是当时中国规模最大的、最早使用机器生产的近代军事工业企业，是中国自办近代工业的开端。它制造出中国的第一艘近代兵轮（恬吉号），炼出中国第一炉钢水，创办了中国第一所机械工业制造学校，并最早从外国引进先进技术。
（2）金陵制造局。1865年李鸿章将安庆内军械所和苏州洋炮局迁至南京扩建而成。到19世纪80年代后期已拥有10余个工厂，基建共用银50余万两。
（3）福州船政局。1866年左宗棠建立。1869年开始生产，拥有16个工厂、3座船台。投资用银达135万余两，是当时中国最大的专业船舶制造厂。1881年生产的3艘2400马力、排水量2200吨的巡海快船，是当时中国自已装配制造的最大军舰。至清末共装配建造兵船40艘，占同期国内自制兵船58艘的70%。1871年船政局所属铁厂首先采用新的冶炼技术，安装吊车，铸造大型汽缸，购置3吨汽锤锻造大轴，建成中国机械工业最早的铸锻车间。
（4）天津机器局。1866年北洋通商大臣宗厚创办，1870年由李鸿章接办扩充，先后共用银110余万两，规模仅次于江南制造局。除军火外，还制造了挖泥船、皇家游艇等，并设有水师学堂。在1908年八国联军侵华战争中被毁。
（5）湖北枪炮厂。1890年张之洞在汉阳创办，1895年正式开工，主要生产枪炮。设备较全，具有一定规模。
（6）其他军工企业。这一时期各地方政府还设立了很多军工企业，主要的有1872年左宗棠设兰州机器局（兰州通用机器厂前身），1874年两广总督在广州设广东机器局。1875年山东巡抚设山东机器局，1877年四川总督设四川机器局，1881年设吉林机器局，1883年在北京设神机营机器局，1894年设奉天制造局，1898年设山西制造局。此外，还有1895～1904年新设的新疆机器厂、江西（南昌）子弹厂、河南（开封）机器局、湖南（长沙）枪厂等。
这些军工厂后来有不少发展成为重要的兵工厂。如江南造船厂的前身就是江南制造局。汉阳兵工厂（即湖北枪炮局）生产的“汉阳造”步枪，曾是当时中国陆军的著名步枪。金陵制造局、奉天制造局、山西制造局分别是后来著名的金陵兵工厂、沈阳兵工厂、太原兵工厂的前身。
中华民国成立初期，北洋军阀继续扩建或新建了一批军事工厂。如1915年建立的河南巩县兵工厂、湖南兵工厂，1919年扩建的沈阳兵工厂。1913年前后，北洋政府在北京南苑清河设飞机修造厂，是中国最早的飞机厂。
清末和民国北洋政府时期，军事工业在机械工业中占有重要地位。据1913年统计，共有军工企业23个，分布于21个省，拥有工人28500人，资本1.28亿元（银元），分别占全国机械工业的60.7％和80.4％。
（三）民族资本经营的民用机器厂
随着外轮修配业务的增加，加上19世纪60年代以后清政府的洋务活动逐渐扩展到开办矿务、轮船、电报、铁路等部门，民族资本办的轻工业也有所发展。与此相适应，民族资本家经营的民用机械工业开始兴起。
1866年设立的上海发昌钢铁机器厂，是中国民族资本家开办的第一家机械厂（1900年被英商耶松船厂兼并）。在这一时期开办的还有广州的陈联泰机器厂、上海的甘章船厂等。1880年前后，上海的建昌铜铁机器厂、均昌机器厂、广德昌机器造船厂、公茂机器厂、广州的均和安机器厂等相继开办，是中国民族资本开办的最早一批机械厂。这些厂开办时一般为手工打铁作坊，以后才逐步采用机器生产。如上海发昌厂创办时，只是一个小量生产修配船用零件的手工锻造作坊，1869年才开始使用车床，1876年开始制造小型轮船。1872年开办的汉阳荣华昌翻砂厂，1890年开办的上海顺昌翻砂厂是中国最初的专业铸造厂。
1895年中日甲午战争以后，清政府制定了一系列奖励发展民族工商业的法令。1898年颁发《振兴工艺给奖章程》，规定凡发明军用船械者，专利50年，发明日用新器者，给工部郎中实职，专利30年；仿制西器之制法未传入中土者，给工部主事职，专利10年。1903年颁发《公司注册试办章程》，奖励设立公司。1906年颁发《奖给商勋章程》，鼓励制造新机器。1907年颁发《华商办理实业爵赏章程》，规定凡办1000万元以上之实业者赏男爵，2000万元以上者赏子爵。这个时期，国内对机械产品的修造需求逐步增加，民族资本经营的机械工业有一定的发展。如1913年与1895年比较，民用机械工业的职工人数由4457人增至18450人。这一期间，上海民族资本家新办了86个机械厂，加上以前的共有96个厂。有名的汉口周恒顺机器厂（1895年开办，为武汉汽轮机厂前身）、上海求新机器轮船厂（1902）、上海大隆机器厂（1902）、汉口扬子机器厂（1907）就是在这个时期创办的。但是这些民族资本经营的企业，规模远不能与同期外资机械厂相匹敌。如当时比较大的两个民营机械厂，求新机器轮船制造厂资本为70万元，扬子机器厂为49万元；而英商上海耶松造船公司，1913年的资本分别为557万两（折银元770万元）和76万两（折银元105万元）。
1914年第一次世界大战爆发后，西方资本主义国家无力东顾，进口机械设备减少。1915～1924年是中国民族资本发展机械工业的黄金时代。如上海民族资本经营的机械厂由1914年的91家增加到1924年的284家。其中车床专业修造厂10家（原来有的厂制造过少量车床，但都自产自用，没有专业厂）；动力机械和农产品加工机械修造厂由16家增加到48家；纺织缫丝机械修造厂由13家增加到50家；针织机械修造厂由3家增加到39家。上海华通电业机器有限公司（1919年开办，为上海华通开关厂前身）、山东潍县华丰机器厂（1920年开办，“七七事变”后被日军强行迁至济南，为济南柴油机厂前身）等都是这时创办的。日用机器产品制造厂也在这时开始创设。如1915年在烟台创办了中宝时钟厂，是中国第一个钟厂；1919年在上海创办了协昌、润昌缝纫机行，为中国最早的缝纫机厂。但这些靠民族资本发展起来的机械厂，基本上都是小厂。据1920年对上海114家民族资本机械厂的统计，平均每厂只有机床5.9台，工人25人，并有30％的厂不用动力。
第一次世界大战结束以后至1926年北伐战争以前，由于内战频繁，同时又受洋货倾销和外国厂商打击，除大隆机器厂等个别企业有所发展外，民族资本经营的机械工业陷入困境。例如求新机器造船厂因负债过多，被迫接受法国资本、控制权转入法国人手中；扬子机器厂受日货、日资打击，被迫加入汉冶萍公司。
（四）机械产品生产
19世纪60年代初，中国开始制造军火和民用机械产品。如安庆内军械所1862年制造出中国第一台蒸汽机，1865年制造了中国第一艘木质机器轮船“黄鹄”号（船体由清末有名的科学家华蘅芳、徐寿等人设计，时速6海里）。江南制造局1868年8月制造了中国第一艘木质明轮、排水量为600吨的近代兵船“恬吉”号（392马力，后改名“惠吉”号），并于1867～1876年期间为装备自己制造了车床、刨床、钻床、铣齿机、锯床、卷板机、蒸汽锤、夹板锤等多种设备。胥各庄修车厂1881年造出中国第一台0-3-0型蒸汽机车“中国火箭”号。这个时期主要行业生产的重点产品有舰船、动力机、机床、农产品加工机械、轻工纺织机械、通用机械和兵器。