十五世纪的机床雏形，由于制造钟表和武器的需要，出现了钟表匠用的螺纹车床和齿轮加工机床，以及水力驱动的炮筒镗床。1501年左右，意大利人列奥纳多·达芬奇曾绘制过车床、镗床、螺纹加工机床和内圆磨床的构想草图，其中已有曲柄、飞轮、顶尖和轴承等新机构。中国明朝出版的《天工开物》中也载有磨床的结构，用脚踏的方法使铁盘旋转，加上沙子和水来剖切玉石。
工业革命导致了各种机床的产生和改进十八世纪的工业革命推动了机床的发展。1774年，英国人威尔金森（全名约翰·威尔金森）发明了较精密的炮筒镗床。次年，他用这台炮筒镗床镗出的汽缸，满足了瓦特蒸汽机的要求。为了镗制更大的汽缸，他又于1775年制造了一台水轮驱动的汽缸镗床，促进了蒸汽机的发展。从此，机床开始用蒸汽机通过曲轴驱动。
1797年，英国人莫兹利创制成的车床由丝杠传动刀架，能实现机动进给和车削螺纹，这是机床结构的一次重大变革。莫兹利也因此被称为“英国机床工业之父”。
19世纪，由于纺织、动力、交通运输机械和军火生产的推动，各种类型的机
床相继出现。1817年，英国人罗伯茨创制龙门刨床；1818年美国人惠特尼（他的全名叫伊莱·惠特尼）制成卧式铣床；1876年，美国制成万能外圆磨床；1835和1897年又先后发明滚齿机和插齿机。
十九世纪最优秀的机械技师应数惠特沃斯（全名约瑟夫·惠特沃斯），他于1834年制成了测长机，该测长机可以测量出长度误差万分之一英寸左右。这种测长机的原理和千分尺相同，通过转动分度板可以进出的螺纹夹持住工件，使用滑尺读出分度板上的分度。1835年，惠特沃斯在他32岁时发明滚齿机。除此以外，惠特沃斯还设计了测量圆筒的内圆和外圆的塞规和环规。建议全部的机床生产业者都采用同一尺寸的标准螺纹。后来，英国的制定工业标准协会接受了这一建议，从那以后直到今日，这种螺纹作为标准螺纹被各国所使用。
工业技术发展的中心，从十九世纪起，就悄悄从英国移向美国。把英国的技术声望夺过去的人中，惠特尼堪称佼佼者。惠特尼聪颖过人，具有远见卓识，他率先研究出了作为大规模生产的可更换部件的系统。至今还很活跃的惠特尼工程公司，早在19世纪四十年代就研制成功了一种转塔式六角车床。这种车床是随着工件制做的复杂化和精细化而问世的，在这种车床中，装有一个绞盘，各种需要的刀具都安装在绞盘上，这样，通过旋转固定工具的转塔，就可以把工具转到所需的位置上。
随着电动机的发明，机床开始先采用电动机集中驱动，后又广泛使用单独电动机驱动。
二十世纪初，为了加工精度更高的工件、夹具和螺纹加工工具，相继创制出坐标镗床和螺纹磨床。同时为了适应汽车和轴承等工业大量生产的需要，又研制出各种自动机床、仿形机床、组合机床和自动生产线。
1900年进入精密化时期19世纪末到20世纪初，单一的车床已逐渐演化出了铣床、刨床、磨床、钻床等等，这些主要机床已经基本定型，这样就为20世纪前期的精密机床和生产机械化和半自动化创造了条件。
在20世纪的前20年内，人们主要是围绕铣床、磨床和流水装配线展开的。由于汽车、飞机及其发动机生产的要求，在大批加工形状复杂、高精度及高光洁度的零件时，迫切需要精密的、自动的铣床和磨床。由于多螺旋线刀刃铣刀的问世，基本上解决了单刃铣刀所产生的振动和光洁度不高而使铣床得不到发展的困难，使铣床成为加工复杂零件的重要设备。
被世人誉为“汽车之父”的福特，提出：汽车应该是“轻巧的、结实的、可靠的和便宜的”。为了实现这一目标，必须研制高效率的磨床，为此，美国人诺顿于1900年用金刚砂和刚玉石制成直径大而宽的砂轮，以及刚度大而牢固的重型磨床。磨床的发展，使机械制造技术进入了精密化的新阶段。
1920年进入半自动化时期在1920年以后的30年中，机械制造技术进入了半自
动化时期，液压和电气元件在机床和其他机械上逐渐得到了应用。1938年，液压系统和电磁控制不但促进了新型铣床的发明，而且在龙门刨床等机床上也推广使用。30年代以后，行程开关——电磁阀系统几乎用到各种机床的自动控制上了。
1950年进入自动化时期第二次世界大战以后，由于数控和群控机床和自动线的出现，机床的发展开始进入了自动化时期。数控机床是在电子计算机发明之后，运用数字控制原理，将加工程序、要求和更换刀具的操作数码和文字码作为信息进行存贮，并按其发出的指令控制机床，按既定的要求进行加工的新式机床。
世界第一台数控机床（铣床）诞生（1951年）数控机床的方案，是美国的帕森斯（全名约翰·帕森斯）在研制检查飞机螺旋桨叶剖面轮廓的板叶加工机时向美国空军提出的，在麻省理工学院的参加和协助下，终于在1949年取得了成功。1951年，他们正式制成了第一台电子管数控机床样机，成功地解决了多品种小批量的复杂零件加工的自动化问题。以后，一方面数控原理从铣床扩展到铣镗床、钻床和车床，另一方面，则从电子管向晶体管、集成电路方向过渡。1958年，美国研制成能自动更换刀具，以进行多工序加工的加工中心。
世界第一条数控生产线诞生（1968年）1968年，英国的毛林斯机械公司研制成了第一条数控机床组成的自动线，不久，美国通用电气公司提出了“工厂自动化的先决条件是零件加工过程的数控和生产过程的程控”，于是，到70年代中期，出现了自动化车间，自动化工厂也已开始建造。1970年至1974年，由于小型计算机广泛应用于机床控制，出现了三次技术突破。第一次是直接数字控制器，使一台小型电子计算机同时控制多台机床，出现了“群控”；第二次是计算机辅助设计，用一支光笔进行设计和修改设计及计算程序；第三次是按加工的实际情况及意外变化反馈并自动改变加工用量和切削速度，出现了自适控制系统的机床。
经过100多年的风风雨雨，机床的家族已日渐成熟，真正成了机械领域的“工作母机”。