James Watt wurde in Greenock als Sohn armer, aber sehr gebildeter Eltern geboren und erfand 1765 die erste einsatzfähige Dampfmaschine.  Sein Vater war Zimmermann und Konstrukteur von nautischen Geräten. James war ein kränkliches Kind, das u.a. unter chronischen Kopfschmerzen litt. Die Eltern unterrichteten ihn deshalb selbst. Schon als Junge experimentierte er eifrig und soll die Funktionsweise von jedem Gegenstand, den er in die Hand bekam, erforscht haben. Darüberhinaus war er ein eifriger Sammler von Pflanzen und Steinen, las alles, was er unter die Finger bekam, und erfand selber Geschichten.

Für ein Studium waren seine Eltern jedoch zu arm. Deshalb begann Watt in London eine Mechanikerlehre. Da diese ihm jedoch schon bald nichts Neues mehr zu bieten hatte, brach er sie vor Ablauf der vorgeschriebenen sieben Jahre ab. Er konnte sich deshalb nicht als Handwerker niederlassen und hatte Glück, dass er 1757 eine Stelle als Instrumentenmacher an der Universität von Glasgow erhielt. Dort fertigte und reparierte er für die Universität Instrumente wie Kompasse und Quadranten. Sein Kellerlabor entwickelte sich schon bald zum Treffpunkt von Dozenten und Studenten. Obwohl "nur" Handwerker, fand Watt, der von seinen Zeitgenossen als außerordentlich bescheiden und liebenswürdig beschrieben wurde, an der Universität viele Freunde. 1760 heiratete Watt seine Jugendliebe Margaret Miller. Von ihren Kindern überlebte nur der Sohn James. 1764 erhielt Watt den Auftrag, eine Dampfmaschine nach der Bauart von Thomas Newcomen zu reparieren. Diese Maschinen waren für ihren exorbitanten Energiebedarf berüchtigt. Watt beschloss, die Maschine zu verbessern. Er lernte sogar Deutsch, um deutsche Schriften zur Wärmetheorie zu lesen.

Schließlich kam Watt die entscheidende Erkenntnis: Um das fortwährende, wechselweise Aufheizen und Abkühlen des Zylinders zu vermeiden, verlegte er die notwendige Kondensation des Wasserdampfes in einen separaten Behälter, den Kondensator. Zusätzlich isolierte er den Zylinder, um die Wärmeverluste zu verringern. Bei der Umsetzung dieser Ideen ergaben sich jedoch technische Schwierigkeiten. Um seine Verbesserungen unter Ausschluß der Öffentlichkeit bis zur Patentreife zu entwickeln, musste Watt seinen Job an der Universität aufgeben. In den folgenden Jahren häufte er Schulden an, obwohl er nebenbei als Feldvermesser arbeitete, um seine Familie über Wasser zu halten. Außerdem war er häufig krank. Erst 1769 fand er in dem Eisenfabrikanten John Roebuck (1718–1794) einen Finanzier und konnte seine Erfindungen patentieren lassen. Dieses Patent mit der Nummer 913 vom 5. Januar 1769 gilt als eine der bedeutendsten Erfindungen der Technikgeschichte. Moderne Dampfkraftwerke funktionieren immer noch nach diesem Prinzip. Watts erste Verbesserungen der Dampfmaschine ermöglichten gegenüber den Vorläufermodellen bereits eine Ersparnis an Steinkohle von über 60 Prozent.

Doch beim Bau einer ersten großen, wirklich einsatzfähigen Dampfmaschine ergaben sich neue Schwierigkeiten. Es gelang zunächst nicht, einen dampfdichten Zylinder herzustellen. John Roebuck ging bankrott. Unterdessen starb in seiner Abwesenheit seine Frau. Erst mit Hilfe des Industriebarons Matthew Boulton, der Roebucks Nachlaß übernahm, konnte Watt schließlich eine einsatzfähige Dampfmaschine herstellen. Sie wurde 1776 in der Fabrik von John Wilkinson installiert. Wilkinson hatte damals den führenden mechanischen Betrieb in Großbritannien und es geschafft, für Watts Dampfmaschine endlich einen Zylinder in der gewünschten Qualität zu fertigen. In der Folge fertigten Boulton und Watt in ihrer gemeinsamen Dampfmaschinenfabrik in Soho bei Birmingham Maschinen in Serie, die sie jedoch nicht verkauften, sondern verliehen. Als Nutzungsentgelt verlangten sie ein Drittel der gesparten Betriebskosten. Doch obwohl eine große Nachfrage nach den Maschinen bestand, konnte die Firma erst ab 1785 Gewinne machen. Außerdem wurden Watt und Boulton wegen ihres Monopols vielfach angefeindet.

Dampfmaschinen beflügelten in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts besonders die Eisenindustrie - und diese wiederum erweiterte das Einsatzgebiet für Dampfmaschinen. Das Entstehen von Industriestädten, die sozialen Umwälzungen der Industrialisierung mit all ihren Folgen, der Mobilitätssprung durch Dampfbahnen und -schiffe - ohne Watt hätten sie wahrscheinlich erst Jahrzehnte später eingesetzt. Zu seinen Ehren wurde die SI-Einheit der Leistung mit Watt benannt und ersetzte das bisher verwendete, von ihm eingeführte PS.