機床設備大修在十五世紀的機床雛形，由于制造鐘表和武器的需要，出現了鐘表匠用的螺紋車床和齒輪加工機床，以及水力驅動的炮筒鏜床。1501年左右，意大利人列奧納多·達芬奇曾繪制過車床、鏜床、螺紋加工機床和內圓磨床的構想草圖，其中已有曲柄、飛輪、軸承等新機構。中國明朝出版的《天工開物》中也載有磨床的結構，用腳踏的方法使鐵盤旋轉，加上沙子和水來剖切玉石。

工業革命導致了各種機床的產生和改進。十八世紀的工業革命推動了機床的發展。1774年，英國人威爾金森(全名約翰·威爾金森)發明了較細致的炮筒鏜床。次年，他用這臺炮筒鏜床鏜出的汽缸，滿足了瓦特蒸汽機的要求。為了鏜制更大的汽缸，他又于1775年制造了一臺水輪驅動的汽缸鏜床，促進了蒸汽機的發展。從此，機床開始用蒸汽機通過曲軸驅動。

1797年，英國人莫茲利創制成的車床由絲杠傳動刀架，能實現機動進給和車削螺紋，這是機床結構的一次重大變革。莫茲利也因此被稱為"英國機床工業之父"。

19世紀，由于紡織、動力、交通運輸機械和軍火生產的推動，各種類型的機床相繼出現。1817年，英國人羅伯茨創制龍門刨床;1818年美國人惠特尼(全名伊萊·惠特尼)制成臥式銑床;1876年，美國制成外圓磨床;1835和1897年又先后發明滾齒機和插齒機。
世界早條數控生產線誕生于1968年。英國的毛林斯機械公司研制成了早條數控機床組成的自動線。不久，美國通用電氣公司提出了"工廠自動化的先決條件是零件加工過程的數控和生產過程的程控"。于是，到1970年代中期，出現了自動化車間，自動化工廠也已開始建造。1970年至1974年，由于小型計算機廣泛應用于機床控制，出現了三次技術突破。一次是直接數字控制器，使一臺小型電子計算機同時控制多臺機床，出現了"群控";二次是計算機輔助設計，用一支光筆進行設計和修改設計及計算程序;第三次是按加工的實際情況及意外變化反饋并自動改變加工用量和切削速度，出現了自適控制系統的機床。