El torno de árbol que apareció en el segundo milenio antes de Cristo fue el primer prototipo de máquina herramienta. Cuando trabaje, pise la férula en el extremo inferior de la cuerda, use la elasticidad de la rama para hacer que la pieza de trabajo gire por la cuerda, sostenga la cáscara o la viruta de piedra como una herramienta y mueva la herramienta a lo largo del listón para cortar el pieza de trabajo Los tornos de barra elástica medievales todavía usaban este principio. Publicidad dentro del artículo.
En el siglo XV, debido a la necesidad de fabricar relojes y armas, aparecieron los tornos de roscar y las máquinas de elaboración de engranajes para los relojeros, así como las taladradoras de barriles accionadas por agua. Alrededor de 1500, el italiano Leonardo da Vinci dibujó bocetos conceptuales de tornos, mandrinadoras, roscadoras y rectificadoras internas, incluidos nuevos mecanismos como manivelas, volantes, puntas de cuello y cojinetes. El "Tian Gong Kai Wu" publicado en la dinastía Ming en China también contiene la estructura de una máquina de moler, que usa un pedal para girar una placa de hierro y agrega arena y agua para cortar el jade.
La revolución industrial del siglo XVIII impulsó el desarrollo de las máquinas herramienta. En 1774, el británico Wilkinson inventó una máquina perforadora de barriles más precisa. Al año siguiente, utilizó esta máquina perforadora de barriles para perforar los cilindros que cumplían con los requisitos de la máquina de vapor de Watt. Para perforar cilindros más grandes, construyó una máquina perforadora de cilindros accionada por rueda hidráulica en 1776, lo que impulsó el desarrollo de la máquina de vapor. Desde entonces, la máquina herramienta ha sido impulsada por una máquina de vapor a través de un eje elevado.
En 1797, el británico Maudsley creó un torno con un portaherramientas accionado por tornillo, que puede realizar un avance motorizado y un torneado de roscas, lo que supone un cambio importante en la estructura de la máquina herramienta. Maudsley también es conocido como el "padre de la industria británica de máquinas herramienta".
En el siglo XIX, debido a la promoción de la producción textil, energética, de maquinaria de transporte y de armas, aparecieron uno tras otro varios tipos de máquinas herramienta. En 1817, el británico Roberts creó una cepilladora de pórtico; en 1818, la estadounidense Whitney fabricó una fresadora horizontal; en 1876, Estados Unidos fabricó una amoladora cilíndrica universal; en 1835 y 1897, inventó una talladora de engranajes y una talladora de engranajes.
Con la invención del motor eléctrico, la máquina herramienta comenzó a utilizar el motor eléctrico para impulsar de forma centralizada, y luego utilizó ampliamente el accionamiento de motor eléctrico único. A principios del siglo XX, con el fin de procesar piezas de trabajo, dispositivos y herramientas de roscado con mayor precisión, se crearon sucesivamente máquinas de mandrinar coordinadas y máquinas de rectificado de roscas. Al mismo tiempo, para satisfacer las necesidades de producción en masa en industrias como la automotriz y la de rodamientos, se han desarrollado varias máquinas herramienta automáticas, máquinas herramienta copiadoras, máquinas herramienta combinadas y líneas de producción automáticas.
Con el desarrollo de la tecnología electrónica, Estados Unidos desarrolló la primera máquina herramienta de control numérico en 1952; en 1958, desarrolló un centro de mecanizado que puede cambiar automáticamente las herramientas para el mecanizado multiproceso. Desde entonces, con el desarrollo y la aplicación de la tecnología electrónica y la tecnología informática, la máquina herramienta ha sufrido cambios significativos en los métodos de conducción, los sistemas de control y las funciones estructurales.