Силу пара знали ещё в древности. Так Герон Александрийский более 2-х тысяч лет назад изготавливал не только забавные механизмы, приводимые в действие паром воды, но и создал паровую машину, открывающую двери храма. Действующая паровая машина была изобретена намного позже, в средневековом Египте, арабским философом, астрономом и инженером XVI века Таки ад-Дином Мухаммедом. Он предложил метод вращения вертела посредством потока пара, направляемого на лопасти, закреплённые по ободу колеса, т.е. реализовал идею паровой турбины. Дальнейшего развития паровых машин для их использования в производственных нуждах не последовало.
Только в XVII веке (1615 г.) француз С. Де Ко воспроизвёл опыты Герона: в его устройстве через герметичную крышку бака с водой выходила труба, бак ставили на огонь, вода закипала, и пар вытеснял воду из бака, поднимая её в трубе, “сколь бы она не была высока”. Опыт наглядно демонстрировал силу пара.
Машину, подобную паровой турбине предложил в 1629 году итальянский инженер Джованни Бранка для вращения цилиндрического анкерного устройства, которое поочерёдно поднимало и отпускало пару пестов в ступах мукомольни. Паровой поток в этих ранних паровых турбинах был не концентрированным, и большая часть его энергии рассеивалась во всех направлениях, что приводило к значительным потерям энергии.
Однако дальнейшее развитие парового двигателя требовало экономических условий, в которых разработчики двигателей могли бы воспользоваться их результатами. Таких условий не было ни в античную эпоху, ни в средневековье, ни в эпоху Возрождения. Только в конце 17-го столетия паровые двигатели были созданы как единичные курьёзы.
Первая поршневая машина, вероятнее всего, была создана испанским изобретателем Херонимо Аянсом де Бомонт, изобретения которого в дальнейшем сильно повлияли на патент Т. Севери, предложившего свою паровую машину.
Принцип действия и применение паровых машин были описаны в 1655 году англичанином Эдвардом Сомерсетом (маркиз Уочестер). В 1663 г. он создал и запатентовал машину, имеющую паровой котёл, соединённый трубами с двумя баками с водой. При открытии одного из кранов вода вытеснялась паром в водоподъёмную трубу, в это время второй бак заполняли свежей порцией воды, так что водоподъёмная машина могла работать практически непрерывно. Устройство для подъёма воды было установлено на стену Большой башни в замке Реглан (углубления в стене, где двигатель был установлен, были ещё заметны в 19-ом столетии).
Для разработки идеи паровой машины большое значение имеют труды Дени Папена, французского физика и изобретателя. Одним из опытов Папена было создание вакуума в закрытом цилиндре. В середине 1670-х годов в Париже он в сотрудничестве с голландским физиком Гюйгенсом работал над машиной, которая вытесняла воздух из цилиндра путём взрыва в нём пороха. Видя неполноту вакуума, создаваемого при этом, Папен после приезда в Англию в 1680 году, создал вариант такого же цилиндра, в котором получил более полный вакуум с помощью кипящей воды, которая затем конденсировалась в герметичном цилиндре. Атмосферный воздух, действующий на поршень с внешней стороны, мог перемещать его с определённой силой. Таким образом, он смог поднять груз, присоединённый к поршню верёвкой, перекинутой через шкив. Система работала, как демонстрационная модель, но для повторения процесса весь аппарат должен был быть демонтирован и повторно собран в исходное положение.
Папен, анализируя работу своего устройства, понял, что для ускорения рабочего цикла пар должен быть произведён отдельно в котле, а затем следует подать его в цилиндр под поршень. Поэтому Папена можно считать изобретателем парового котла, проложившем, таким образом, путь к паровому двигателю. Однако конструкцию действующей паровой машины он не предложил. Папен также проектировал лодку, приводимую в движение колесом с реактивной силой в комбинации концепций Таки ад-Дина и Бранка; ему также приписывают изобретение множества важных устройств, например, предохранительного клапана для парового котла.