O torno de árvore que apareceu no segundo milênio aC foi o primeiro protótipo da máquina-ferramenta. Ao trabalhar, pise na virola na extremidade inferior da corda, use a elasticidade do galho para fazer a peça girar pela corda, segure a concha ou lasca de pedra como uma ferramenta e mova a ferramenta ao longo da ripa para cortar o peça de trabalho. Os tornos de barra elástica medievais ainda usavam esse princípio. Publicidade dentro do artigo
No século XV, devido à necessidade de fabricar relógios e armas, surgiram os tornos de rosca e as máquinas de processamento de engrenagens para relojoeiros, bem como as mandriladoras de barris movidas a água. Por volta de 1500, o italiano Leonardo da Vinci desenhou esboços conceituais de tornos, mandriladoras, roscadoras e retificadoras internas, incluindo novos mecanismos como manivelas, volantes, pontas de pescoço e rolamentos. O "Tian Gong Kai Wu" publicado na Dinastia Ming na China também contém a estrutura de uma retificadora, que usa um pedal para girar uma placa de ferro e adiciona areia e água para cortar o jade.
A revolução industrial do século XVIII promoveu o desenvolvimento de máquinas-ferramentas. Em 1774, o britânico Wilkinson inventou uma máquina de perfuração de barris mais precisa. No ano seguinte, ele usou esta máquina de perfuração de barris para perfurar os cilindros que atendiam aos requisitos da máquina a vapor de Watt. Para perfurar cilindros maiores, ele construiu uma máquina de perfuração de cilindros acionada por roda d'água em 1776, que promoveu o desenvolvimento da máquina a vapor. Desde então, a máquina-ferramenta é acionada por uma máquina a vapor através de um eixo suspenso.
Em 1797, o britânico Maudsley criou um torno com um porta-ferramenta acionado por parafuso, que pode realizar avanço motorizado e torneamento de rosca, o que é uma grande mudança na estrutura da máquina-ferramenta. Maudsley também é conhecido como o "pai da indústria britânica de máquinas-ferramenta".
No século 19, devido à promoção da produção de têxteis, energia, máquinas de transporte e produção de armas, vários tipos de máquinas-ferramentas surgiram um após o outro. Em 1817, o britânico Roberts criou uma plaina de pórtico; em 1818, o americano Whitney construiu uma fresadora horizontal; em 1876, os Estados Unidos fizeram um moedor cilíndrico universal; em 1835 e 1897, ele inventou uma fresadora de engrenagens e um modelador de engrenagens.
Com a invenção do motor elétrico, a máquina-ferramenta começou a usar o motor elétrico para acionar centralmente e, em seguida, usou amplamente o acionamento do motor elétrico único. No início do século XX, a fim de processar peças de trabalho, acessórios e ferramentas de rosqueamento com maior precisão, mandriladoras coordenadas e retificadoras de roscas foram sucessivamente criadas. Ao mesmo tempo, a fim de atender às necessidades de produção em massa em indústrias como automóveis e rolamentos, várias máquinas-ferramentas automáticas, máquinas-ferramentas copiadoras, máquinas-ferramentas combinadas e linhas de produção automáticas foram desenvolvidas.
Com o desenvolvimento da tecnologia eletrônica, os Estados Unidos desenvolveram a primeira máquina-ferramenta de controle numérico em 1952; em 1958, desenvolveu um centro de usinagem que pode trocar ferramentas automaticamente para usinagem multiprocesso. Desde então, com o desenvolvimento e aplicação da tecnologia eletrônica e informática, a máquina-ferramenta passou por mudanças significativas nos métodos de condução, sistemas de controle e funções estruturais.