18世紀60年，,在英國的資本主義生產中，大機器生產開始取代工廠手工業。這一過程在歷史上被稱為工業革命。18世紀末，發端于英國的工業雄命開始向歐洲大陸和北美傳播，在世界范圍內產生了深遠影響。工業革命以紡織機械的革新為起點,，以蒸汽機的發明和廣泛使用為標志，實現了工業生產從手工工具到機械化的轉變。這一時期眾多的發明，開創了一個全新的時代。
瓦特（1736-1819）誕生于蘇格蘭格拉斯哥附近的格里諾克，原在一所大學里制造和修理實驗儀器。1763年底，瓦特修理一臺紐科門式蒸汽機的模型，從此開啟了他改良蒸汽設計制造出了人類歷史上第一臺蒸汽機車機的研究之路。他發現這種機器造得很不合理，工作時活塞每推動一次,，汽缸里的蒸汽必須冷卻濃縮,，然后重新加熱，準備第二次推動。這樣許多熱量和時間都被浪費，他反復思索后，決定讓蒸汽通過閥門進入另個冷卻箱，使汽缸保持熱量。當時的制鐵工藝還不能制造非常光滑的活塞和封閉性很強的閥門，同時，經費上也有困難。但瓦特堅持鉆研，制造出功率較大的單動式發動機，后來又不斷改，,制造出聯動式蒸汽發動機。1785年，瓦特改良的蒸汽機終于為紡織業所采用。瓦特的發明和改良，讓蒸汽機廣泛用于各種工業用途，產生穩定、大量而有效率的動力來源，進而帶動了整個歐洲的工業革命。
1781年6月9日，斯蒂芬森出生于泰恩河畔威廉姆的一個礦工家庭。早年做工，沒有受過學校教育。父親是個煤礦工人，在蒸汽機房里燒鍋爐，全家8口人的生活全靠父親微薄的工資收入來維持。斯蒂芬森8歲便去給人家放牛，飽受風霜雨雪，由于是機械師家庭出身，又是一位煤礦工人的兒子，斯蒂芬森從小熟悉礦井里用來抽水的蒸汽機。
14歲那年，史蒂芬森成為了父親身邊的一位助理司爐而這個職位，從此改變了他的命運。史蒂芬森對學習蒸汽機的知識充滿了熱情加上他常年與蒸汽機打交道的基礎，他很快就將蒸汽機的原理了解得一清二楚。空閑的時候，他會將報廢的泵機拆開，再一個個零件重新組裝好。史蒂芬森對機械有著極大的熱情和天賦，他擔任了礦井里重要的技術職務，漸漸地有了名氣。17歲那年，史蒂芬森想要學習瓦特新蒸汽機的原理，可不識字的他對著書只能一臉懵逼，無能為力。于是，他做出了一個決定，他要去上學。他白天工作賺錢，晚上就去學校里讀書，已經18歲的他坐在一群7、8歲的孩子中間，身邊的嘲笑聲此起彼伏，他也從不在乎。當他第一次歪歪斜斜地在紙上寫下自己的名字的時候，他激動地笑了半天。
兩年后，20歲的他得到了礦井上薪水最高的一份工作，負責卷繞裝置。史蒂芬森是個聰明又勤奮的年輕人，12個小時的高強度工作之外，他還制作鐘表和鞋子換取額外的收入。除去補貼家用的錢，他會買來很多機械和科技書籍，津津有味地讀著。他結婚了，有了一個兒子和一個女兒。有著高薪的工作，家庭幸福美滿，他似乎已經成為了人生贏家。然而，美好的生活并沒有持續多久，他的小女兒剛出生3個星期就夭折了。第二年，他的妻子也因為肺結核離他而去。隨后，他的父親也遭遇橫禍，父親的工友在修理蒸汽機的時候突然放出蒸汽，燙瞎了他父親的雙眼。
25歲的史蒂芬森一個人照顧著年幼的兒子和傷殘的父親。為了治療父親的眼睛，家里還欠下了不少的債務。可這時候，他又被招募到了拿破侖戰爭的前線。從戰場歸來，他變得萎靡不振，甚至想過要移居美國，可看到年幼的兒子和行動不便的父親，他最終還是打消了這個想法，繼續留在了礦井工作。迫于生計，他帶著一家人從華勒姆村搬到了威靈頓。來到威靈頓的史蒂芬森被一種新奇的玩意兒吸引住了，當地的煤礦工程師們用固定的蒸汽動力機械牽引煤車，當煤車要翻越山頭的時候，他們就在山頂上安裝一臺蒸汽機，用繩子或鐵鏈連接車輛，將煤車拉到山頂，再通過車輛的自重滾落山坡，這就解決了煤車上山的問題。
多年的煤礦工作經歷告訴他，蒸汽機車可以解決煤在運輸上的困難。他決心要研制出能適用于運輸的蒸汽機車，改變人們“看新機器表演就是為了看鍋爐爆炸”的想法。1814年2月21日，他在前人制造的蒸汽機車的模型之上，經過多次的實驗與改進，制造出了一臺能夠使用的蒸汽機車，這臺被命名為“布魯克”號的機車能牽引30噸的貨物，還解決了蒸汽機車經常脫離軌道的問題。可這臺機車仍然有著很多的缺陷，最高時速只能達到6.4km/h，震動厲害，噪聲很大，而且煙筒里還冒出了很高的火苗，因此被人們叫做“火車”，并沿用至今，這樣的機車顯然還不能被用于運輸。于是，史蒂芬森繼續著自己的研究與改進。
1821年，他開始建造英國第一條公用鐵路，從斯托克頓到達林頓。兩年后，他建立了英國第一家機車廠。1825年9月27日清晨，世界上第一條現代鐵路全線通車。舉行開通典禮的這一天，天氣異常晴朗，四面八方的居民都好奇地來到了典禮上。人們抱著看四腿怪物的期望來到了典禮，卻發現蒸汽機車和他們想象中的四腿鐵馬完全不一樣，而是長著圓圓的車輪。后來由車票、站臺、鐵軌和信號，就組成的“史蒂芬森體系”形成了。它滿足了因為工業革命而發生變化的經濟界的要求。1840年，英國的鐵路線總長度已經達到4000千米。
