瓦特奠基工業文明
據說，瓦特是由於發現水在沸騰時頂起了壺蓋，受到了啟發，想到要利用蒸汽作動力而發明蒸汽機。其實這是一個不很確實的說法。在瓦特之前，就有很多人研究過利用蒸汽作動力的機械，並且已經有了抽水用的蒸汽機。瓦特最卓越的貢獻是他發明了蒸汽機的外冷凝器，大大提高了蒸汽機的效率，同時還發明了把蒸汽機的往複運動變為回轉運動的機構，使蒸汽機成為普遍應用的動力機。正是這種動力機，為人類開辟了一個嶄新的時代，即蒸汽動力時代。瓦特因此而被稱之為工業文明的開拓者和奠基人。
儀器修理工
1736年，瓦特出生於英國當時的造船業中心格拉斯哥市附近的格林諾克鎮。父親是一個有經驗的造船木工，祖父和叔父也都是機械工人。瓦特從小體弱多病，而且由於家境貧苦，少年時代的瓦特，不能按期上學，沒有受到係統的學校教育。由於身體不太好，行動十分穩重的小瓦特，曾一度被認為是一個“愚鈍而不聰明的人”。瓦特的母親是一位智力過人的聰明女人，他成為瓦特的啟蒙老師。瓦特跟這樣一位天才的母親學習文學和有關知識。13歲時，瓦特開始學習數學，15歲時，又學習了《物理學原理》，這時的瓦特已開始顯露出自己的天才。
瓦特的少年時代，基本上是在父親所在的工場裏度過的，並和手工勞動結下了不解之緣，這無疑決定了他以後的發展方向。瓦特跟隨父親勞動的車間，主要是製造船舶所需的裝備，製作船舶等所需的各種小型木工器具，或進行船頭裝飾的雕刻，製作跑架、滑車、泵、轆轤等。對瓦特來說，這裏是一個最好的學校。在勞動中，他不僅用手，而且注意開動腦筋，留心各種各樣的事情，如扛料時為什麼左肩上用條木棒托住後部便省力些?為什麼拉鋸時用力要均勻、姿勢要擺正？等等。在這所特殊的學校裏，少年瓦特不但學會了操縱機械或使用器具，學到了作為一名精密機械工所應掌握的各種技能，而且獲得了豐富的關於機械的感性知識，培養了愛好機械的興趣。
1753年，瓦特的母親去世，父親又經商失敗，迫使瓦特決意要自己外出謀生。1754年6月，18歲的瓦特在父親的指導下，帶著少量的工具和一個皮製圍裙前往格拉斯哥，投奔到母親的一位親戚那裏當學徒，學習修理教學儀器。由於業務上的聯係，使他結識了格拉斯哥大學的羅伯特·迪科教授。迪科很欣賞這位技藝嫻熟、又勤學好問、肯於鑽研的年輕人，並極力勸說他前往倫敦。作為當時歐洲經濟文化的中心，倫敦聚集了一大批優秀的器械製造工匠，迪科希望瓦特到這個大都市進一步學習深造，施展才華。
1755年6月7日，瓦特騎馬來到倫敦。但為了找師傅，卻頗費了一番周折，最後好不容易才投奔到約翰·莫根門下，學習儀表修造技藝。由於勤奮好學，他很快學會了製造難度較高的象限儀、方位羅盤、經緯儀等精密器械。瓦特在給父親的信中說：“我雖然沒有熟練工人做得那樣快，但是，我可以做得和他們一樣好。”由於家庭收入低微，他不得不時常擠出時間，到外麵找點苦而重的活來幹，以便掙些錢交納學徒費。這樣，除星期六外，他每天幾乎都要工作到深夜九點多鍾。瓦特的身體本來就不好，加上如此繁重的勞動和艱苦的生活，因而健康狀況更是每況愈下。他曾在信中寫道：“經常像撕破咽喉一樣的咳嗽，背像針刺一樣疼痛，全身感到懶倦。”一年後，他帶著衰弱的身體重返故鄉。一年的學徒生活使他倍嚐辛酸，但是也使他練就了精湛的手藝，培養了堅韌不拔的性格。
故鄉海濱的清新空氣，與家人團聚的愉快心情，使瓦特很快恢複了健康。1756年，20歲的瓦特再一次來到格拉斯哥，想以修理儀器的身份開業，但當地的行會因他學徒期未滿(當時規定學徒必須七年才能“滿師”)，不準許他開業。正當他感到絕望之是，迪科再一次幫助了他。在迪科教授的推薦下，瓦特於1757年來到格拉斯哥大學附設的教學儀器廠當儀器修理工。這成為他生活的轉折點，並由於一個偶然的機會，使他走上了改進蒸汽機的征途。
冷凝器的發明
1763年的一天，格拉斯哥大學的一位教授約翰·安德遜找到瓦特，委托他修理一台紐可門蒸汽機的模型。好奇心很強的瓦特早就對用蒸汽作動力的機械發生了興趣。他曾聽到他的一些朋友，如格拉斯哥大學副教授布萊克等人談起過紐可門蒸汽機的事。他也曾搜集過有關蒸汽動力的資料，還曾作過高壓蒸汽的實驗，但就是一直沒有機會接觸過蒸汽機。安得遜教授的委托無疑為他了解蒸汽機提供了一個難得的機會。但此時的瓦特也許未曾料到，這次機會不但改變了他自己一生的命運，而且由於他對蒸汽機的改進，改變了整個社會生產的麵貌，促進了工業革命的迅速到來。
瓦特在接受了修理紐可門蒸汽機的任務之後，沒有滿足於僅僅把有毛病的地方修好，而是把機器全部拆開，一個零件一個零件地研究，以便弄清它的構造原理，然後針對問題，再進行修理。瓦特憑借多年當修理工的經驗，很快便把機器修好了。但當試車時，瓦特發現這種機器動作緩慢，且不是連續的。進一步試驗便發現了一個更大的問題，這種蒸汽機消耗能量太大，效率很低，燃燒13噸煤，隻能產生75馬力的動力。麵對修好的紐可門蒸汽機，瓦特陷入了沉思：能不能對它加以改進，使其動作再快一些，效率再提高一些呢?正是在修理和試驗的過程中，瓦特樹立了要從根本上改進蒸汽機的誌向，並持之以恒地開始了對蒸汽機的研究。
大概連小學生都知道，蒸汽機是由瓦特發明的。這話既對又不完全對。說它對，是因為瓦特確實發明了一種和以前完全不同的蒸汽機，使蒸汽動力獲得了普遍的應用；說它不完全對，那是因為在瓦特之前就有人發明了蒸汽機。將蒸汽作為動力的想法，古人就有。二千多年前古希臘人希羅就曾發明了以蒸汽為動力的精巧裝置；達·芬奇也曾設計過用蒸汽開動大炮的圖樣。在當時的中學課本上就已開始講授真空、大氣壓等物理知識，這些也都與蒸汽機的發明有關。自1643年托裏拆利發現了真空，證實了大氣壓力的存在，後來，德國的格裏凱又用人工辦法法製造了真空。1662年，波義耳則發現了氣體體積和壓力成反比的定律。正是在這些科學認識的基礎上，適應社會發展對動力的需要，在18世紀才發明了蒸汽機。