一壺水開瞭，蒸汽把壺蓋沖得噗噗直響。這在常人眼裡司空見慣的現象，卻引起瞭一個叫瓦特的英國小男孩的興趣。他在爐子旁足足呆瞭幾個小時，目不轉睛地凝視著翻動不止的壺蓋和不斷冒出的蒸汽，苦苦思索著其中的奧妙。這一思索不要緊，它誘發瞭後來世界上一項最偉大的發明，對人類歷史產生瞭劃時代的影響。
1736年，瓦特出生在英國蘇格蘭格拉斯哥市附近的一個小鎮格裡諾克，他的父親是一個經驗豐富的木匠，祖父和叔父都是機械工匠。少年時代的瓦特，由於傢境貧苦和體弱多病，沒有受到完整的正規教育。他曾經就讀於格裡諾克的文法學校，數學成績特別優秀，但沒有畢業就退學瞭。但是，他在父母的教導下，一直堅持自學，很早就對物理和數學產生瞭興趣。瓦特從6歲開始學習幾何學，到15歲時就學完瞭《物理學原理》等書籍。他常常自己動手修理和制作起重機、滑車和一些航海器械。1753年，瓦特到格拉斯哥市當徒工。由於收入過低不能維持生活，第二年他又到倫敦的一傢儀表修理廠當徒工。憑借著自己的勤奮好學，他很快學會瞭制造那些難度較高的儀器。但是繁重的勞動和艱苦的生活損害瞭他的健康，一年後，他不得不回傢休養。一年的學徒生活使他飽嘗辛酸，也使他練就瞭精湛的手藝，培養瞭他堅韌的個性。
1756年，當他的身體稍有好轉，瓦特再次踏上瞭坎坷的道路來到格拉斯哥市。他想當一名修造儀器的工人，但是因為他的手藝沒有滿師，當時的行會不允許。幸運的是，瓦特的才能引起瞭格拉斯哥大學教授臺克的重視。在他的介紹下，瓦特進入格拉斯哥大學當瞭教學儀器的工人。這所學校擁有當時較為完善的儀器設備，這使瓦特在修理儀器時認識瞭先進的技術，開闊瞭眼界。這時，他對以蒸汽作動力的機械產生瞭濃厚的興趣，開始收集有關資料，還為此學會瞭意大利文和德文。在大學裡，他認識瞭化學傢約瑟夫·佈萊克和約翰·魯賓遜等。瓦特從他們那裡學到瞭很多科學理論知識。
瓦特在大學修理儀器期間，學校曾經把一臺舊式的紐可門蒸汽機交給他修理。他通過大量實驗以及根據格拉斯哥大學教授佈萊克提出的潛熱、比熱理論進行分析，對舊式蒸汽機進行深入研究，找出瞭舊式機器效率低的主要原因。針對舊式蒸汽機的缺陷，瓦特提出瞭減少蒸汽消耗，提高熱機效率的兩項措施。他決心自己制造一臺新的蒸汽機，來改進舊機器的不足。
瓦特自籌資金，租瞭間地下室，買瞭必要的設備，反復實驗，經歷瞭無數次挫折和失敗，在工人的幫助下，終於發明瞭與汽缸分離的冷凝器，解決瞭制造精密汽缸、活塞的工藝問題，同時采用油潤滑活塞，汽缸外附加絕熱層等措施，制成單動作蒸汽機。後經繼續試驗，瓦特又在1782年發明瞭具有連桿、飛輪和離心調速器的雙動作蒸汽機，制成瞭新的可實用的蒸汽機。這種雙動作式蒸汽機，把閥門安裝成可利用蒸汽的壓力來推動活塞，既可向前又可向後，並借助連桿和飛輪把活塞的直線運動變成瞭圓周運動。為瞭保持蒸汽機的勻速運轉，他把一個離心調速器連接在進氣活門上，使其自動調節進氣量。這種裝置是最早在技術上使用的自動控制器。他設計瞭一個和汽缸分離的冷凝器，將高溫蒸汽從汽缸中導出並冷卻，使得主要汽缸能保持一定溫度。同時他提高瞭汽缸的精密度，把活塞和閥門也做得光滑、嚴密。從而比紐科門蒸汽機大大提高瞭熱效率和可靠性。由於這種蒸汽機把往復的直線運動變成為連續而均勻的圓周運動，因而可以經過傳動裝置帶動一切機器運轉，成為能普遍用於工業和交通運輸業的“萬能動力機”。這種高效率的蒸汽機很快取代瞭舊式的蒸汽機，被各工業部門迅速采用。從此，動力機、傳動機和工作機組成瞭機器生產系統，成為產業近代化的核心。
到19世紀30年代，蒸汽機廣泛應用到紡織、冶金、采煤、交通等部門去，很快引起瞭一場技術革命。美國人富爾頓發明瞭用瓦特蒸汽機作動力的輪船。英國人史蒂芬遜發明瞭用瓦特蒸汽機作動力的火車。瓦特的蒸汽機成為真正的國際性發明，它有力地促進瞭歐洲18世紀的產業革命，推動世界工業進入瞭“蒸汽時代”。