Tredreiebenken som dukket opp i det andre årtusen f.Kr. var den tidligste prototypen av maskinverktøyet. Når du arbeider, tråkk på hylsen i den nedre enden av tauet, bruk elastisiteten til grenen for å få arbeidsstykket til å rotere etter tauet, hold skallet eller steinspruten som et verktøy, og flytt verktøyet langs lamellen for å kutte arbeidsstykke. Middelalderske elastiske stangdreiebenker brukte fortsatt dette prinsippet. Annonse inne i artikkelen
På det femtende århundre, på grunn av behovet for å produsere klokker og våpen, dukket det opp tråddreiebenker og utstyrsbehandlingsmaskiner for urmakere, så vel som vanndrevne tønneboremaskiner. Rundt 1500 tegnet italieneren Leonardo da Vinci konseptuelle skisser av dreiebenker, boremaskiner, gjengemaskiner og innvendige slipemaskiner, inkludert nye mekanismer som sveiver, svinghjul, nakkespisser og lagre. "Tian Gong Kai Wu" publisert i Ming-dynastiet i Kina inneholder også strukturen til en slipemaskin, som bruker en fotpedal for å rotere en jernplate, og tilsetter sand og vann for å kutte jade.
Den industrielle revolusjonen på det attende århundre fremmet utviklingen av maskinverktøy. I 1774 oppfant britiske Wilkinson en mer presis tønneboremaskin. Året etter brukte han denne tønneboremaskinen til å bore ut sylindrene som oppfylte kravene til Watts dampmaskin. For å bore større sylindre bygde han i 1776 en vannhjulsdrevet sylinderboremaskin, som fremmet utviklingen av dampmaskinen. Siden den gang har verktøymaskinen blitt drevet av en dampmaskin gjennom en overliggende aksel.
I 1797 skapte briten Maudsley en dreiebenk med skruedrevet verktøyholder, som kan realisere motorisert mating og gjengedreiing, som er en stor endring i strukturen til maskinverktøyet. Maudsley er også kjent som "faren til den britiske maskinverktøyindustrien".
På 1800-tallet, på grunn av promoteringen av tekstil-, kraft-, transportmaskineri og våpenproduksjon, dukket det opp ulike typer verktøymaskiner etter hverandre. I 1817 laget britiske Roberts en portalhøvel; i 1818 laget amerikaneren Whitney en horisontal fresemaskin; i 1876 laget USA en universell sylindrisk kvern; i 1835 og 1897 oppfant han en gear hobbing maskin og en gear shaper.
Med oppfinnelsen av den elektriske motoren begynte maskinverktøyet å bruke den elektriske motoren til å drive sentralt, og deretter mye brukt den enkle elektriske motordriften. På begynnelsen av det tjuende århundre, for å behandle arbeidsstykker, armaturer og gjengeverktøy med høyere presisjon, ble det suksessivt opprettet koordinatboremaskiner og gjengeslipemaskiner. Samtidig, for å møte behovene til masseproduksjon i industrier som biler og lagre, er det utviklet ulike automatiske maskinverktøy, kopieringsmaskiner, kombinerte maskinverktøy og automatiske produksjonslinjer.
Med utviklingen av elektronisk teknologi utviklet USA det første numerisk styrte maskinverktøyet i 1952; i 1958 utviklet det et maskineringssenter som automatisk kan endre verktøy for flerprosessmaskinering. Siden den gang, med utvikling og anvendelse av elektronisk teknologi og datateknologi, har maskinverktøyet gjennomgått betydelige endringer i kjøremetoder, kontrollsystemer og strukturelle funksjoner.