Le tour à arbre qui est apparu au deuxième millénaire avant notre ère était le premier prototype de la machine-outil. Lorsque vous travaillez, marchez sur la virole à l'extrémité inférieure de la corde, utilisez l'élasticité de la branche pour faire tourner la pièce par la corde, tenez la coquille ou la puce de pierre comme un outil et déplacez l'outil le long de la latte pour couper le pièce. Les tours à barres élastiques médiévaux utilisaient encore ce principe. Publicité à l'intérieur de l'article
Au XVe siècle, en raison de la nécessité de fabriquer des horloges et des armes, sont apparus des tours à fileter et des machines de traitement des engrenages pour les horlogers, ainsi que des aléseuses à tonneaux à eau. Vers 1500, l'italien Léonard de Vinci a dessiné des croquis conceptuels de tours, d'aléseuses, de machines à fileter et de rectifieuses intérieures, y compris de nouveaux mécanismes tels que des manivelles, des volants d'inertie, des pointes de col et des roulements. Le "Tian Gong Kai Wu" publié sous la dynastie Ming en Chine contient également la structure d'une rectifieuse, qui utilise une pédale pour faire tourner une plaque de fer, et ajoute du sable et de l'eau pour couper le jade.
La révolution industrielle du XVIIIe siècle a favorisé le développement des machines-outils. En 1774, le britannique Wilkinson invente une aléseuse de barillet plus précise. L'année suivante, il utilise cette aléseuse de tonneaux pour percer les cylindres répondant aux exigences de la machine à vapeur de Watt. Afin d'aléser des cylindres plus gros, il construisit en 1776 une aléseuse à cylindre entraînée par une roue à eau, qui favorisa le développement de la machine à vapeur. Depuis lors, la machine-outil est entraînée par une machine à vapeur à travers un arbre aérien.
En 1797, le britannique Maudsley a créé un tour avec un porte-outil à vis, qui peut réaliser une avance et un filetage motorisés, ce qui est un changement majeur dans la structure de la machine-outil. Maudsley est également connu comme le "père de l'industrie britannique des machines-outils".
Au XIXe siècle, en raison de la promotion du textile, de l'énergie, des machines de transport et de la production d'armes, divers types de machines-outils sont apparus les uns après les autres. En 1817, le britannique Roberts crée une raboteuse à portique ; en 1818, l'américain Whitney fabrique une fraiseuse horizontale ; en 1876, les États-Unis fabriquent une meuleuse cylindrique universelle ; en 1835 et 1897, il invente une tailleuse d'engrenages et une tailleuse d'engrenages.
Avec l'invention du moteur électrique, la machine-outil a commencé à utiliser le moteur électrique pour entraîner de manière centralisée, puis a largement utilisé l'entraînement par moteur électrique unique. Au début du XXe siècle, afin de traiter les pièces, les montages et les outils de filetage avec une plus grande précision, des aléseuses à coordonnées et des rectifieuses de filets ont été successivement créées. Parallèlement, afin de répondre aux besoins de production de masse dans des industries telles que l'automobile et les roulements, diverses machines-outils automatiques, machines-outils à copier, machines-outils combinées et lignes de production automatiques ont été développées.
Avec le développement de la technologie électronique, les États-Unis ont développé la première machine-outil à commande numérique en 1952 ; en 1958, elle développe un centre d'usinage capable de changer automatiquement d'outils pour l'usinage multi-procédés. Depuis lors, avec le développement et l'application de la technologie électronique et de la technologie informatique, la machine-outil a subi des changements importants dans les méthodes de conduite, les systèmes de contrôle et les fonctions structurelles.