1776年，天才的工程師瓦特（James Watt：1736～1819）在格拉斯哥大學所擁有的一臺老舊不堪的Newcomen蒸汽機的基礎上，開創性地發明了分離式冷凝器（Separate Condenser），正式推出了第一臺真正實用化的蒸汽機，并作為“蒸汽機之父”名標史冊。從此后，比什么人力、馬力、牛力這些生物能強大百倍、千倍乃至N倍的化學能終于走上了前臺，瓦特蒸汽機開始大規模地應用于英國的礦山和工廠，工業革命的號角被吹響了。不過，幾百年后，人類在天天為減碳發愁的時候，會不會抱怨瓦特？
1802英國發明家理查·特里維克西（Richard Trevithick：1771～1833）發明了高壓蒸汽機，并將其用于南威爾士的Penydarren冶鐵廠。在冶鐵廠老板Samuel Homfray的支持下，特里維克西把自己的蒸汽機裝上輪子，通過齒輪傳動，造出了第一臺蒸汽機車。Homfray老板對這匹奇丑不堪的機器怪獸很感興趣，買下了蒸汽機車的專利，并且和另一位冶鐵廠老板訂了500金鎊的賭注，賭自己這匹機器怪獸能夠拖動十噸的鐵塊跑完Penydarren到Abercynon之間16公里的鐵路。1804年2月21日這天，在眾人的見證之下，這匹怪獸拖著十噸生鐵、五輛大車、七十個人，成功跑完了全程。但這第一趟火車之旅用時四小時五分鐘，平均速度才3.9公里/小時，比走路也快不了多少。但是，這在當時轟動一時，人們第一次見證了蒸汽機車的巨大能量。不過，Homfray出夠了風頭又贏了一大筆錢以后，土財主的本性暴露無遺，他居然把史上第一臺蒸汽機車拆了，繼續用蒸汽機去他的鐵廠掄大錘。
2004年，英國發行了一枚兩英鎊硬幣，其背面鐫刻著這世界上第一臺蒸汽機車。
隔著大西洋，美國工程師彼特·庫珀（Peter Cooper）也設計并制造了一臺四個輪子的小火車，并將其命名為“大拇指湯姆（Tom Thumb）”。為了打開影響，1830年8月28日，他在巴爾的摩---俄亥俄鐵路（Baltimore and Ohio Railway）的一條鐵路復線上，開動自己的小火車，與一匹馬車展開了一次別開生面的競賽。在大部分路段上，小火車都一路領先，可最后因為機械故障火車停了下來，被甩在馬車身后。
在火車剛出現的時候，大多數人都報著看稀奇甚至嘲笑的態度來對待這個新事物。的確，那時候的火車其貌不揚，體弱多病，而且速度奇慢。但現今的百米飛人博爾特剛生出來的時候，不連爬都不會嘛？
在若干有識之士和工程師們并肩合作下，一匹匹噴云吐霧威力無窮的機器怪獸越來越多地出現在世界各地的鐵路上。1821年，英國工程師喬治·史蒂芬森（George Stephenson：1781～1848）被任命為Stock and Darlington Railway的首席工程師，他不但開創性地推出了標準軌距（Standard Gauge），而且設計出一輛嶄新的蒸汽機車，并將其命名為“Locomotion No.1（一號機車）”。這輛蒸汽機車有了鍋爐、煙道、汽缸，而且用軸傳動代替了效率較低的齒輪傳動，已經初具現代蒸汽機車的雛形。
史蒂文森的兒子羅伯特·史蒂芬森（Robert Stephenson）在父親的影響下，對蒸汽機車也很感興趣。1823年，小史和老史，以及另外兩位合伙人一起，在紐卡斯爾（Newcastle）成立了羅伯特·斯蒂芬森公司（Robert Stephenson and Company），專門設計并生產蒸汽機車。1829年，斯蒂芬森父子推出的“火箭”號（Stephenson's Rocket）在蒸汽機車大賽上，因其速度快性能可靠一舉奪魁，其最高時速已經達到了47公里。1830年，他們又推出了速度更快的“行星”號（Planet）,將臥式鍋爐的內外火箱和煙箱合二為一，這種形式的鍋爐后稱為“機車式鍋爐”。“行星”號機車的兩個汽缸裝于鍋爐前端的煙箱下部車架內側水平位置，稱為內汽缸式機車，只有一對動輪，裝在后部，軸列式為2-2-2。蒸汽機車的基本構造形式除廣泛采用外汽缸式（汽缸裝于車架前端兩外側）外，迄今無多大變化。
在史蒂文森父子和其他工程師的努力下，蒸汽機車將馬兒們趕下了鐵軌，終于一統江湖。
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