Por volta de 1700 tornou-se conhecido um princípio físico que poderia servir para a construção de um motor: um inglês, Thomas Newcomen, construíra um aparelho que utilizava o vapor de água produzido numa caldeira, aquecida a carvão, para fazer girar uma bomba. A máquina tinha um movimento alternativo simples e constituiu, durante mais de meio século, o meio mais eficaz para bombear água. A invenção de Newcomen, divulgada em 1712, foi valiosa na luta contra os alagamentos nas profundas minas de carvão de seu país.
James Watt nasceu a 19 de janeiro de 1736, em Greenock, Escócia. Era o sexto de oito irmãos, cinco dos quais morreram na infância. Não era uma criança prodígio. Tímido, inseguro e mimado pela mãe, o menino sofria com terríveis dores de cabeça, que se prolongaram até a idade adulta. Desse modo, muitos eram os dias em que James ficava fechado no quarto. Para distraí-lo o pai lhe dava, como brinquedo, diversos instrumentos de navegação, bússolas e sextantes, que ele desmontava e consertava. Essa inocente brincadeira assumiu, mais tarde, importância fundamental.
Como não conseguiu freqüentar a escola primária, aprendeu com os pais a ler e a escrever, além dos princípios da aritmética. Por volta dos 13 anos mostrou grande interesse pela matemática e pela arte da navegação. Aos 16 anos, Watt partiu para Glasgow em busca de trabalho e foi empregado como aprendiz numa fábrica. Para quem queria ser construtor de instrumentos de medida, aquele não era o trabalho ideal. Ao fim de três anos, decidiu tentar a sorte em Londres.
No início, teve que se defrontar com as exigências de experiência e indicação; mas, finalmente, conseguiu empregar-se, com um contrato de um ano. Foi um período difícil, em que era obrigado a trabalhar dez horas por dia, gastando pouco com a alimentação. Além disso o clima de Londres, úmido e frio, causou-lhe reumatismo, obrigando-o a abandonar a cidade. De volta a Glasgow, decidiu trabalhar por conta própria e abriu uma loja de instrumentos.
No entanto, num ambiente conservador e tradicionalista, não era fácil conseguir fregueses, desconfiados como os técnicos e navegadores. Mas Watt conseguira arrumar clientes. Assim, em 1757 foi admitido, na qualidade de fabricante de instrumentos de medida, na Universidade de Glasgow. O trabalho na universidade tornou possível seu encontro com o motor a vapor de Newcomen. Dois anos antes, ele já discutira com seus amigos algumas idéias para melhorá-lo. Além disso, tinha tentado realizar algumas experiências sem bons resultados. Agora ele dispunha de um motor e das peças necessárias para reconstruí-lo.
Watt conseguiu descobrir que, para melhorar seu funcionamento, era necessário elevar a temperatura do vapor, resfriando-o depois bruscamente durante a expansão. Acrescentou o condensador de vapor e outros artifícios destinados a melhorar o rendimento do motor. Depois dessas modificações o resultado era muito semelhante ao do motor ainda hoje em uso, com condensador, caixa de distribuição e sistema biela-manivela, para obter o movimento rotativo a partir do alternado.
O engeneheiro fazia todas as experiências à noite porque durante o dia trabalhava para manter a família, pois seu pai estava arruinado. Sua única distração era passar o domingo no campo, em companhia de um tio materno e de sua prima, Margaret Miller, com quem se casou em 1764 e teve quatro filhos.
As primeiras experiências de Watt, destinadas a mostrar os méritos do seu motor, não foram vitoriosas: os recursos eram escassos e ele não conseguia ordenar seus negócios. Por quatro anos trabalhou como engenheiro civil e elaborou um projeto para um canal entre Forth e Clyde. A Câmara dos Comuns, entretanto, não aprovou o trabalho. Em 1769 fez um segundo projeto, desta vez para o canal destinado a transportar carvão para Glasgow.
Finalmente encontrou um financiador, J. Roebuck, para a aplicação em larga escala de sua descoberta, mas a sociedade fundada para esse fim faliu em pouco tempo. A associação com Matthew Boulton, engenheiro de Birmingham, foi mais afortunada. Conseguiu em 1769 a patente para o motor de Watt e, em 1775, a prorrogação da posse por mais 25 anos. A prova decisiva do invento veio quando uma mina alagada foi inteiramente drenada em dezessete dias, enquanto os métodos tradicionais exigiam meses de esforço.
Watt propôs também que seu motor fosse utilizado para operar os elevadores subterrâneos. O motor tinha numerosas aplicações e como substituía os cavalos, para dar ao comprador uma idéia de sua capacidade, a potência era expressa pelo número de cavalos que podia substituir, gerando a expressão horsepower (hp).
Os aperfeiçoamentos no modelo inicial sucederam-se, exigindo novas patentes, em 1781, 1782 e 1784. Outra invenção foi o controlador centrífugo, graças ao qual a velocidade dos motores rotativos foi automaticamente controlada. Esse trabalho é atualmente considerado como uma das primeiras aplicações da realimentação, um elemento essencial para a automação.
