十五世紀的機床雛形，由于制造鐘表和武器的需要，出現了鐘表匠用的螺紋車床和齒輪加工機床，以及水力驅動的炮筒鏜床。1501年左右，意大利人列奧納多·達芬奇曾繪制過車床、鏜床、螺紋加工機床和內圓磨床的構想草圖，其中已有曲柄、飛輪、頂尖和軸承等新機構。中國明朝出版的《天工開物》中也載有磨床的結構，用腳踏的方法使鐵盤旋轉，加上沙子和水來剖切玉石。

工業革命導致了各種機床的產生和改進。十八世紀的工業革命推動了機床的發展。1774年，英國人威爾金森（全名約翰·威爾金森）發明了較精密的炮筒鏜床。次年，他用這臺炮筒鏜床鏜出的汽缸，滿足了瓦特蒸汽機的要求。為了鏜制更大的汽缸，他又于1775年制造了一臺水輪驅動的汽缸鏜床，促進了蒸汽機的發展。從此，機床開始用蒸汽機通過曲軸驅動。

1797年，英國人莫茲利創制成的車床由絲杠傳動刀架，能實現機動進給和車削螺紋，這是機床結構的一次重大變革。莫茲利也因此被稱為“英國機床工業之父”。

19世紀，由于紡織、動力、交通運輸機械和軍火生產的推動，各種類型的機床相繼出現。1817年，英國人羅伯茨創制龍門刨床；1818年美國人惠特尼（全名伊萊·惠特尼）制成臥式銑床；1876年，美國制成萬能外圓磨床；1835和1897年又先后發明滾齒機和插齒機。

工業技術發展的中心，從十九世紀起就悄悄從英國移向美國。在把英國的技術聲望奪過去的人中，惠特尼堪稱佼佼者。惠特尼聰穎過人，具有遠見卓識，他率先研究出了作為大規模生產的可更換部件的系統。至今還很活躍的惠特尼工程公司，早在19世紀四十年代就研制成功了一種轉塔式六角車床。這種車床是隨著工件制做的復雜化和精細化而問世的，在這種車床中，裝有一個絞盤，各種需要的刀具都安裝在絞盤上，這樣，通過旋轉固定工具的轉塔，就可以把工具轉到所需的位置上。

隨著電動機的發明，機床開始先采用電動機集中驅動，后又廣泛使用單獨電動機驅動。

二十世紀初，為了加工精度更高的工件、夾具和螺紋加工工具，相繼創制出坐標鏜床和螺紋磨床。同時為了適應汽車和軸承等工業大量生產的需要，又研制出各種自動機床、仿形機床、組合機床和自動生產線。

1900年進入精密化時期。19世紀末到20世紀初，單一的車床已逐漸演化出了銑床、刨床、磨床、鉆床等等，這些主要機床已經基本定型，這樣就為20世紀前期的精密機床和生產機械化和半自動化創造了條件。

在20世紀的前20年內，人們主要是圍繞銑床、磨床和流水裝配線展開的。由于汽車、飛機及其發動機生產的要求，在大批加工形狀復雜、高精度及高光潔度的零件時，迫切需要精密的、自動的銑床和磨床。由于多螺旋線刀刃銑刀的問世，基本上解決了單刃銑刀所產生的振動和光潔度不高而使銑床得不到發展的困難，使銑床成為加工復雜零件的重要設備。

被世人譽為“汽車之父”的福特提出：汽車應該是“輕巧的、結實的、可靠的和便宜的”。為了實現這一目標，必須研制高效率的磨床，為此，美國人諾頓于1900年用金剛砂和剛玉石制成直徑大而寬的砂輪，以及剛度大而牢固的重型磨床。磨床的發展，使機械制造技術進入了精密化的新階段。

1920年進入半自動化時期。在1920年以后的30年中，機械制造技術進入了半自動化時期，液壓和電氣元件在機床和其他機械上逐漸得到了應用。1938年，液壓系統和電磁控制不但促進了新型銑床的發明，而且在龍門刨床等機床上也推廣使用。30年代以后，行程開關——電磁閥系統幾乎用到各種機床的自動控制上了。

1950年進入自動化時期。第二次世界大戰以后，由于數控和群控機床和自動線的出現，機床的發展開始進入了自動化時期。數控機床是在電子計算機發明之后，運用數字控制原理，將加工程序、要求和更換刀具的操作數碼和文字碼作為信息進行存貯，并按其發出的指令控制機床，按既定的要求進行加工的新式機床。

世界第一臺數控機床（銑床）誕生（1951年）。數控機床的方案，是美國的帕森斯（全名約翰·帕森斯）在研制檢查飛機螺旋槳葉剖面輪廓的板葉加工機時向美國空軍提出的。在麻省理工學院的參加和協助下，終于在1949年取得了成功。1951年，他們正式制成了第一臺電子管數控機床樣機，成功地解決了多品種小批量的復雜零件加工的自動化問題。以后，一方面數控原理從銑床擴展到銑鏜床、鉆床和車床，另一方面，則從電子管向晶體管、集成電路方向過渡。1958年，美國研制成能自動更換刀具，以進行多工序加工的加工中心。

世界第一條數控生產線誕生于1968年。英國的毛林斯機械公司研制成了第一條數控機床組成的自動線。不久，美國通用電氣公司提出了“工廠自動化的先決條件是零件加工過程的數控和生產過程的程控”。于是，到1970年代中期，出現了自動化車間，自動化工廠也已開始建造。1970年至1974年，由于小型計算機廣泛應用于機床控制，出現了三次技術突破。第一次是直接數字控制器，使一臺小型電子計算機同時控制多臺機床，出現了“群控”；第二次是計算機輔助設計，用一支光筆進行設計和修改設計及計算程序；第三次是按加工的實際情況及意外變化反饋并自動改變加工用量和切削速度，出現了自適控制系統的機床。

經過100多年的風風雨雨，機床的家族已日漸成熟，真正成了機械領域的“工作母機”。