Strungul de pom care a apărut în mileniul II î.Hr. a fost cel mai vechi prototip al mașinii-unelte. Când lucrați, călcați pe virola de la capătul inferior al frânghiei, utilizați elasticitatea ramurilor pentru a face piesa de prelucrat să se rotească de frânghie, țineți coaja sau așchia de piatră ca unealtă și mutați unealta de-a lungul șipcii pentru a tăia piesa de prelucrat. Strungurile cu bare elastice medievale foloseau încă acest principiu. Publicitate în interiorul articolului
În secolul al XV-lea, din cauza necesității fabricării de ceasuri și arme, au apărut strungurile cu filet și mașinile de prelucrare a angrenajelor pentru ceasornicari, precum și mașinile de găurit cu apă. În jurul anului 1500, italianul Leonardo da Vinci a desenat schițe conceptuale ale strungurilor, mașinilor de alezat, mașinilor de filetat și mașinilor de șlefuit interioare, inclusiv mecanisme noi precum manivelele, volantele, vârfurile gâtului și rulmenții. „Tian Gong Kai Wu” publicat în dinastia Ming în China conține, de asemenea, structura unei mașini de șlefuit, care folosește o pedală pentru a roti o placă de fier și adaugă nisip și apă pentru a tăia jadul.
Revoluția industrială din secolul al XVIII-lea a promovat dezvoltarea mașinilor-unelte. În 1774, britanicul Wilkinson a inventat o mașină de alezat butoi mai precisă. În anul următor, a folosit această mașină de alezat butoi pentru a găuri cilindrii care îndeplineau cerințele motorului cu abur Watt. Pentru a găuri cilindri mai mari, a construit în 1776 o mașină de găurit cilindri acţionată de apă, care a promovat dezvoltarea motorului cu abur. De atunci, mașina unealtă a fost antrenată de un motor cu abur printr-un arbore deasupra capului.
În 1797, britanicul Maudsley a creat un strung cu un suport de scule acţionat cu şuruburi, care poate realiza avans motorizat şi strunjirea filetului, ceea ce reprezintă o schimbare majoră în structura maşinii-unelte. Maudsley este cunoscut și ca „părintele industriei britanice de mașini-unelte”.
În secolul al XIX-lea, datorită promovării producției textile, electrice, de mașini de transport și de arme, au apărut una după alta diferite tipuri de mașini-unelte. În 1817, britanicii Roberts au creat un rindeau portic; în 1818, americanul Whitney a realizat o mașină de frezat orizontal; în 1876, Statele Unite au făcut o polizor cilindric universal; în 1835 și 1897, el a inventat o mașină de tăiat angrenaje și un modelator de angrenaje.
Odată cu inventarea motorului electric, mașina unealtă a început să folosească motorul electric pentru a conduce central, apoi a folosit pe scară largă un singur motor electric. La începutul secolului al XX-lea, pentru a prelucra piese de prelucrat, dispozitive de fixare și unelte de filetare cu o precizie mai mare, au fost create succesiv mașini de alezat coordonat și mașini de șlefuit filet. În același timp, pentru a răspunde nevoilor producției de masă în industrii precum automobile și rulmenți, au fost dezvoltate diverse mașini-unelte automate, mașini-unelte de copiat, mașini-unelte combinate și linii de producție automate.
Odată cu dezvoltarea tehnologiei electronice, Statele Unite au dezvoltat prima mașină-uneltă cu control numeric în 1952; în 1958, a dezvoltat un centru de prelucrare care poate schimba automat sculele pentru prelucrarea cu mai multe procese. De atunci, odată cu dezvoltarea și aplicarea tehnologiei electronice și a tehnologiei computerizate, mașina-uneltă a suferit modificări semnificative în metodele de conducere, sistemele de control și funcțiile structurale.