著名数学家希罗，可能是第一个配备简单蒸汽机的人。希罗所发明的汽转球，是有文献以来第一部蒸汽机。
Hero 引擎（汽转球）由一个空心球体组成，可以绕轴自由旋转，弯管从两侧伸出。这个球体装满了水并安装在火上。由于火的热量，水会蒸发，从侧面的两个弯管中挤出来。由于这种蒸汽动力推进，球体自动旋转。

希罗是第一个在第一世纪下半叶将蒸汽的使用理论化的人。学习利用蒸汽的能量需要很长时间。虽然英雄的引擎 Aeolipile 是在公元一世纪发明的，但开发第一个实际工作的蒸汽机却花了 1600 多年的时间。该发动机用于从矿山和花园中排水。此后开始的蒸汽时代推动了工业革命。蒸汽在改变全球航运业和彻底改变现代战争方面发挥了重要作用。
1606 年，那不勒斯的乔瓦尼•巴蒂斯塔•德拉•波尔塔 (Giovanni Battista della Porta) 制定了有关使用蒸汽创造真空的理论。他的理论表明，当水在密闭容器内转化为蒸汽时，容器内的压力会增加。Porta 认为，在类似的情况下，如果蒸汽在密闭容器内冷凝，则压力会下降，从而形成真空。Porta 的这一发现在许多未来的发展中发挥了至关重要的作用。

1679 年，法国科学家和数学家丹尼斯•帕潘 (Denis Papin) 将德拉•波塔 (Della Porta) 提出的这一理论付诸实践。Denis Papin 提出了“软化骨头的消化器或引擎”，这是当今压力锅和高压灭菌器的先驱。这个装置不过是一个密封的烹饪锅，用蒸汽来烹饪食物。该装置还配备了安全阀，以避免高于安全压力。

英国在 17 世纪后期面临木材危机。造船和用作木柴是消耗大量木材的主要应用。对于造船来说，木头无可替代，但煤可以替代柴火。渗入矿井的水限制了矿井挖掘活动，从而限制了煤炭生产。迫切需要某种可以将水从矿井中抽走的装置。
1698 年，军事工程师 Thomas Savery 获得了使用蒸汽操作的泵的专利。这种名为“矿工之友”的泵旨在将水从矿井中抽出。该模型由一个沸腾室组成。带有止回阀的管道下降到需要拆除的水中。冷水倒在蒸汽室上，导致蒸汽在室内凝结。这种真空从下面吸取了水。止回阀用于确保吸入的水不会倒流。不幸的是，该引擎无法成功，因为它有很多限制。
首先，它能够将水提升到 10 米的最大高度。这需要安装多个泵来将水提升到更高的高度，这实际上是不可行的。腔室的加热和冷却是手动完成的，这使得操作泵非常困难。结果，这台机器主要卖给私人庄园，用于排出多余的水并在花园中循环。





1712 年，铁匠托马斯•纽科门 (Thomas Newcomen) 将萨弗里的矿工之友和帕平的蒸汽驱动活塞结合起来，发明了纽科门发动机。纽科门将一个活塞固定在萨弗里发动机的蒸汽室上，当这个活塞被真空拉动时，会激活一个活塞，使蒸汽室再次充满蒸汽。这种机制消除了在萨弗里发动机的情况下使用马操作的泵。因此，运营成本大幅下降。由于提供了这些优势，Newcomen Engine 被用于数百个矿山。
James Watt 注意到了上述设计的问题，并通过添加分离冷凝器来解决这些问题。进一步的变革和创新造就了蒸汽机的成功。