瓦特世界公认的蒸汽机发明家。他的发明精神、超人的能力和不懈的研究为后人留下了可贵的精神和物资财产。瓦特改进、发明的蒸汽机是对近代科学和生产的巨大贡献，存在划时代的意思，它导致了第一次产业技术革命的崛起，极大的推动了社会生产力的发展。
1736年，瓦特诞生在英国苏格兰格拉斯哥市邻近的一个小镇格里诺克，他的父亲是一个教训丰盛的木匠，祖父和叔父都是机械工匠。少年时期的瓦特，因为家景清苦和体弱多病，不受过完全的正规教导。他曾经就读于格里诺克的文法学校，数学成就特殊优良，但没有毕业就退学了。然而，他在父母的教诲下，始终保持自学，很早就对物理和数学发生了兴致。瓦特从六岁开端学习多少何学，到十五岁时就学完了《物理学原理》等书籍。他经常本人着手修理和制造起重机、滑车和一些航海器械。1753年，瓦特到格拉斯哥市当徒工。因为收入过低不能保持生涯，第二年他又到伦敦的一家仪表修理厂当徒工。凭借着自己的勤恳好学，他很快学会了制作那些难度较高的仪器。但是沉重的劳动和艰难的生活侵害了他的健康，一年后，他不得不回家休养。一年的学徒生活使他饱尝辛酸，也使他练就了高深的手艺，培育了他坚韧的个性。
1756年，当他的身材稍有好转，瓦特再次踏上了崎岖的途径来到格拉斯哥市。他想当一名修造仪器的工人，但是由于他的手艺没有满师，当时的行会不容许。荣幸的是，瓦特的才干引起了格拉斯哥大学教学台克的器重。在他的介绍下，瓦特进入格拉斯哥大学当了教养仪器的工人。这所学校领有当时较为完美的仪器设备，这使瓦特在修理仪器时认识了进步的技术，宽阔了眼界。这时，他对以蒸汽作动力的机械产生了浓重的兴趣，开始收集有关材料，还为此学会了意大利文和德文。在大学里，他意识了化学家约瑟夫·布莱克和约翰·鲁宾逊等。瓦特从他们那里学到了良多科学理论常识。1764年，瓦特与表妹玛格丽特·米勒结了婚。
1764年，学校请瓦特修理一台纽可门式蒸汽机，在修理的过程中，瓦特熟习了蒸汽机的结构和原理，并且发现了这种蒸汽机的两大毛病：活塞动作不持续而且慢；蒸汽应用率低，挥霍原料。以后，瓦特开始思考改进的措施。直到1765年的春天，在一次漫步时，瓦特想到，既然纽可门蒸汽机的热效率低是蒸汽在缸内冷凝造成的，那么为什么不能让蒸汽在缸外冷凝呢？瓦特产生了采取分离冷凝器的最初设想。
在产生这种假想以后，瓦特在同年设计了一种带有分离冷凝器的蒸汽机。依照设计，冷凝器与汽缸之间有一个调节阀门相连，使他们既能连通又能离开。这样，既能把唱工后的蒸汽引入汽缸外的冷凝器，又可以使汽缸内产生同样的真空，避免了汽缸在一冷一热过程中热量的耗费，据瓦特理论盘算，这种新的蒸汽机的热效率将是纽可门蒸汽机的三倍。从理论上说，瓦特的这种带有分离器冷凝器的蒸汽机显然优于纽可门蒸汽机，但是，要把实践上的货色变为实际上的东西，把图纸上的蒸汽机变为切实的蒸汽机，还要走很长的路。瓦特辛辛劳苦造出了几台蒸汽机，但后果反而不如纽可门蒸汽机，甚至到处漏气，无法开动。只管耗资伟大的试验使他债台高筑，但他没有在困难眼前怯步，继承进行实验。当布莱克晓得瓦特的斗争目的和难题处境时，他把瓦特先容给了自己一个十分富有的友人--化工技师罗巴克。当时罗巴克是一个非常富有的企业家，他在苏格兰的卡隆创办了第一座范围较大的炼铁厂。虽然当时罗巴克已近50岁，但对科学技术的新发明仍然倾泻着极大的热忱。他对当时只有三十来岁的瓦特的新装置很是赞成，立即与瓦特签署合同，资助瓦特进行新式蒸汽机的试制。
从1766年开始，在三年多的时光里，瓦特战胜了在资料和工艺等各方面的艰苦，终于在1769年制出了第一台样机。同年，瓦特因发明冷凝器而取得他在革新纽可门蒸汽机的过程中的第一项专利。第一台带有冷凝器的蒸汽机固然试制胜利了，但它同纽可门蒸汽机比拟，除了热效力有明显进步外，在作为能源机来带动其余工作机的机能方面仍未取得本质性进展。就是说，瓦特的这种蒸汽机仍是无奈作为真正的动力机。
由于瓦特的这种蒸汽机仍不够幻想，销路并不广。当瓦特继续进行摸索时，罗巴克自己已濒于破产，他又把瓦特介绍给了自己的朋友、工程师兼企业家博尔顿，以便瓦特能得到赞助继续进行他的研制工作。博尔顿当时经四十多岁，是位能干的工程师和企业家。他对瓦特的翻新精力表现赞美，并乐意赞助瓦特。博尔顿常常参加社会活动，他是当时伯明翰地域有名的科学社团“圆月学社”的主要成员之一。参加这个学社的大多都是本地的一些科学家、工程师、学者以及科学喜好者。经博尔顿的介绍，瓦特也参加了圆月学社。在圆月学社活动期间，由于与化学家普列斯特列等来往，瓦特对当时人们关注的气体化学与热化学有了更多的懂得，为他后来参加水的化学成分的争辩奠定了基本。更重要的是，圆月学社的活动使瓦特进一步增加了科学见识，活泼了科学思维。
瓦特自与博尔顿配合之后即在资金、装备、材料等方面得到鼎力支持。瓦特又出产了两台带分离冷凝器的蒸汽机，由于没有显著的改良，这两台蒸汽机并没有得到社会的关注。这两台蒸汽机耗资宏大，使博尔顿也濒临破产，但他仍旧给瓦特以大方的援助。在他的支撑下，瓦特以不屈不挠的毅力持续研讨。自1769年试制出带有分离冷凝器的蒸汽机样机之后，瓦特就已看出热效率低已不是他的蒸汽机的重要弊端，而活塞只能作往返的直线运动才是它的基本局限。1781年，瓦特仍旧在加入圆月学社的运动，兴许在聚首中会员们提到地理学家赫舍尔在当年发明的天王星以及由此引出的行星绕日的圆周运动启发了他，也许是钟表中的齿轮的圆周运动启示了他。他想到了把活塞来回的直线运动变为旋转的圆周活动就能够使动力传给任何工作机。同年，他研制出了一套被称为“太阳和行星”的齿轮联动装置，终于把活塞的来回的直线运动改变为齿轮的旋转运动。为了使轮轴的旋轴增添惯性，从而使圆周运动更加平均，瓦特还在轮轴上加装了一个火飞轮。由于对传统机构的这一重大革新，瓦特的这种蒸汽机才真正成为了能带动所有工作及的动力机。1781年底，瓦特以发明带有齿轮和拉杆的机械联动装置失掉第二个专利。
由于这种蒸汽机加上了轮轴和飞轮，这时的蒸汽机在把活塞的往返直线运动转变为轮轴的旋转运动时，多消费了不少能量。这样，蒸汽机的效率不是很高，动力不是很大。为了进一步提高蒸汽机的效率，增大蒸汽机的效率，瓦特在发明齿轮联动装置之后，对汽缸自身进行了研究，他发现，他虽然把纽可门蒸汽机的内部冷凝变成了外部冷凝，使蒸汽机的热效率有了显著提高，但他的蒸汽机中蒸汽推动活塞的冲程工艺与纽可门蒸汽机没有不同。两者的蒸汽都是单项运动，从一端进入、另一端出来。他想，假如让蒸汽可能从两端进入和排出，就可以让蒸汽即能推动活塞向上运动又能推动活塞向下运动。那末，他的效率就可以提高一倍。１７８２年，瓦特依据这一设想，试制出了一种带有双向装置的新汽缸。由此瓦特获得了他的第三项专利。把本来的单项汽缸装置改装成双向汽缸，并首次把引入汽缸的蒸汽由低压蒸汽变为高压蒸汽，这是瓦特在改进纽可门蒸汽机的过程中的第三次奔腾。通过这三次技术飞跃，纽可门蒸汽机完整演化为了瓦特蒸汽机。
从最初接触蒸汽技巧到瓦特蒸汽机研制成功，瓦特走过了二十多年的艰巨过程。瓦特虽然屡次受挫、屡遭失败，但他依然坚定不移、百折不回，终于完成了对纽可门蒸汽机的三次革新。使蒸汽机得到了更普遍的利用，成为改革世界的动力。
1784年，瓦特以带有飞轮、齿轮联动装置和双向安装的高压蒸汽机的综合组装获得了他在改革纽可门蒸汽机进程中的第四项专利。1788年，瓦特发明了离心调速器跟节气阀；1790年，他又发明了汽缸示工器，至此瓦特实现了蒸汽机发明的全过程。
1785年，瓦特被入选为英国皇家学会会员。1814年，他被法国迷信家学会接收为本国会员。
1790年当前，优厚的专利税使瓦特成为一个很有钱的名人。1819年8月5日，瓦特在希思菲尔德郡的家里逝世，遗体掩埋在汉德沃尔斯郊区的教堂里。
瓦特生活在十八、十九世纪的英国，所以在他的身上不可防止的带有时代和阶层的局限。他曾经阻拦双筒蒸汽机和高压蒸汽机的发明和推广，还讥笑别人用蒸汽机来驱动车辆的尽力。
总的来说，瓦特为蒸汽机的推广应用做出了不可磨灭的主要奉献、有力的推进了社会的前进。恩格斯在《天然辨证法》中这样写道：“蒸汽机是第一个真正国际性的发现……瓦特个它加上了一个分别的冷凝器，这就使蒸汽机在准则上到达了当初的程度。”后人为了留念这位巨大的创造家，把功率的单位定为“瓦特”。