年1月19日，瓦特出生在苏格兰格拉斯哥市附近的小港口格里诺克镇的一个工人家庭。父亲是一位手艺高超的木匠，在当地经营着一个小作坊，制造和修理船上的装备和仪器。格里诺克港口竖立着的第一台塔吊，就是老瓦特建造的。瓦特从小虽因家庭经济困难上不起学，但十分好学。后来父亲送他去读书，每天放学以后他就到父亲工作的作坊去玩。在父亲和老师傅们的影响下，瓦特经常自己动手修理和制作玩具、模型。老瓦特看他喜欢动手干工匠活儿，就为他收拾了一间小屋子，送给他一套工具和一些材料，让他自己动脑筋练习做各种模型。
瓦特17岁时，因父亲的作坊倒闭，母亲去世而被迫放弃了学业。他要去学艺，他想当一名科学仪器的制造师。
年，瓦特在格拉斯哥一家钟表店当学徒。第二年经在格拉斯哥当教授的舅舅的介绍，到一位光学仪器师那里去学艺。瓦特对光学仪器傅的手艺很不满意，在和舅舅谈这件事时，正巧被舅舅的同事迪克博士听到了，迪克当即决定介绍这位心灵手巧的年轻人到伦敦去投奔名师肖特学艺。
年，老瓦特凑钱送儿子去伦敦，瓦特带着两镑钱上路了。为了早日到达目的地，瓦特买了一匹马，带着迪克博士给他开的"介绍信",骑着那匹瘦马向伦敦走去。一千二百里路程，瓦特12天就赶到了。他找到了肖特。限于当时伦敦学艺的一些规定，肖特师傅把他介绍到摩根师傅的作坊。瓦特和摩根师傅商定把4年的学艺期压缩到1年完成，摩根师傅答应了他的请求，但提出学艺期内不拿任何报酬，还得多交20镑学费。
由于少年时代手工训练的良好基础，瓦特进步很快。7月开始学艺，8月5日开始学做一架航海定方位用的象限仪，8月23日就完成了。摩根师傅很高兴，又连续教他做了直尺和方位罗盘等仪器。瓦特每天天一亮就起来干活，一直干到晚上9点。他抓紧一切机会向师傅学习，也向周围的师兄们学习。
年7月，瓦特学艺期满，他告别了摩根和肖特师傅，告别了伙伴们，返回格拉斯哥。一年以后，经迪克博士介绍，瓦特到格拉斯哥大学附属仪器厂去做工。
格拉斯哥大学正好有一项重要的工作需要做。格拉斯哥大学的校友们捐赠给母校全套天文仪器。仪器是用轮船由牙买加运来的，路途上经历了长期的颠簸和震动，经历了海上咸湿空气的侵蚀，开箱后需要精心整修擦拭。瓦特接受了这项工作，经过一个半月的忙碌，他把全部仪器清整完毕。格拉斯哥大学付给他5镑钱，这是瓦特工作后的第一笔酬金。
表面看起来，瓦特的收获是5镑，实际上在清理仪器的过程中，瓦特结识了很多大学教授。当教授们来鉴赏这套新仪器时，也同时看上了这个勤学、肯钻研而又待人谦恭有礼的年轻工人。从此，瓦特在这个大学里扎下了根。
年12月6日，21岁的瓦特在格拉斯哥大学的校园里，开办了一家修理、制造和出售科学仪器的店铺，门口牌子上写着"本校教学仪器制造人詹姆士·瓦特"。
在大学里，瓦特交了很多朋友，他们都给瓦特很大帮助。其中对他影响最大的是布莱克教授和硕士生罗比逊。
布莱克是英国著名科学家，以研究燃烧和潜热而出名，是二氧化碳气的发现人。他帮助瓦特学习物理知识，指导瓦特做实验。瓦特很感激他，曾经做了一架小手风琴送给他。
罗比逊是硕士研究生，他比瓦特小两岁。罗比逊曾经对人说：每当我在工作中遇到困难，就去找瓦特，无论什么问题到了他手里，都会迎刃而解。
大学里其他一些教授和学者来修理仪器时，也为瓦特讲述仪器的原理和用途，并借给他有关的书籍资料。有位安德森教授还经常欢迎瓦特去阅读他的藏书。在这些朋友的帮助下，瓦特进步很快。
当年的格拉斯哥市，是苏格兰经济和文化最繁荣的城市，科学实验风气很浓盛，因此瓦特的生意越来越兴隆。他不仅扩大了在大学里的店铺，而且又在市区内设了一家仪器修理制造商店。在这样良好的工作学习环境中，瓦特不仅手艺提高很快而且有了发明。
年，他首次发明了一台用来画三维物体的投影仪。紧接着，瓦特又把精力投入到蒸汽机的制造中。
17世纪中叶，欧洲一些国家的工业逐渐发展起来，急切需要有高工效的动力来代替当时所用的畜力和人力，人们想到了蒸汽。于是，有人开始研究起蒸汽机来。
德国有个叫巴本的人，为了快点把骨头煮熟，制造了一个高压锅。为了安全，他在锅上装了一个安全阀，当锅内蒸汽大时，汽就会从阀门自动喷出来。这个锅和现代人们用的高压锅差不多。巴本就从这个高压锅出发，年研制成一台蒸汽机。这是世界上第一台蒸汽机。他用一个有活塞的圆筒，当圆筒里的水烧开后，蒸汽就把活塞推上去。等到活塞推到顶上，撤掉火，再等圆筒里的蒸汽冷下来后，大气的压力又把活塞压了下来。活塞这样一上一下，就可以利用绳子和滑车，把一桶水提起来。这种蒸汽机不是蒸汽作功，而是利用产生的大气压力作功。这台蒸汽机要一会儿烧火，一会儿停火，一冷一热，半天才能作一点功，无法用于生产。
年，英国的塞维利改进了巴本的设计，并且写了一本书叫做《矿工之友》，介绍了他的蒸汽机。他的机器不需要一会儿烧火，一会儿停火了，相比较下有了改进。但还是费煤费汽，运转缓慢，十分不方便。
18世经初，蒸汽机又有了新的发展，工作速度有所提高。年，苏格兰的锻铁工人纽可门和他的朋友们，设计了一种新的蒸汽机。几十年间，英国很多矿井都采用了这种机器，还出口到欧洲大陆。从此蒸汽机代替了人力和畜力。这时的蒸汽机，利用价值仅限于代替人力和畜力从矿井中往上提水，而且纽可门蒸汽机有两大缺点：一是效率低，煤耗大；二是活塞只能往复运动，不能旋转。这种蒸汽机还是利用大气压力作功，而不是靠蒸汽作功。
瓦特的朋友罗比逊对蒸汽机特别感兴趣，他搜罗了各种资料和图纸来找瓦特研究。罗比逊提出不能只用蒸汽机来提水，还应该利用它带动织布机乃至车辆轮子转动。瓦特对这个问题十分重视，从年开始研究蒸汽机。
年，格拉斯哥大学的一台教学用的纽可门蒸汽机模型坏了。学校把模型送到伦敦去修理，但修回来后的蒸汽机还是不能用。学校只好又送到瓦特店里来修理。
对瓦特来说，这可是个学习和研究的好机会。在修理过程中，他发现纽可门蒸汽机中绝大部分蒸汽能量没有利用上。这是效率低的主要原因，他想，要提高效率就必须设法使汽缸里排出的高温蒸汽尽快冷却。根据新发现的潜热原理，瓦特进行了大量的试验和计算。算出了用多少煤，能烧出多少蒸汽。他认为，在汽缸冷热交替中浪费掉的是3/4，真正作功的仅占1/4，因此应把冷、热两个任务，分别由两个容器来担当，让汽缸始终是热的，用来作功；让另一容器始终是冷的，负责冷凝蒸汽，产生真空。于是，瓦特设计了一个和汽缸分开的冷凝器，把高温蒸汽从汽中导出并冷却。设计起来还算容易，制造起来却很复杂。瓦特又冥思苦想地琢磨出具体方案。他想到蒸汽有弹性，可以用管子把汽缸和冷凝器相连，使汽缸里的蒸汽冲入冷凝器，待蒸汽冷却后在冷凝器内形成真空，汽缸内也是真空，这样就能使大气压着活塞运动。
瓦特日日夜夜反复思考，精心设计。他一边读书，一边求教；一边计算，一边试验。为了让汽缸接触冷的大气，他改用蒸汽压力去压活塞，以蒸汽代替了大气压力作功。在这期间，伯明翰一家铁工厂老板博尔顿看上了瓦特的才能，聘请他到自己的工厂继续研制。在工厂中熟练工人的帮助下，年瓦特终于研制成功了第一台装有冷凝器的新式蒸汽机。年在冶金厂正式投产。瓦特的蒸汽机省煤，效率高，很快就在冶金厂、矿山和自来水厂得到了广泛的应用。
经过瓦特的研究设计，把汽缸和冷凝器分开是蒸汽机发展史上的一个重大成就；瓦特又用蒸汽代替大气作功，基本上完成了通用蒸汽机的发明。
在较长的一段时间里，瓦特都是和博尔顿合作的。博尔顿负责经济开支和事务工作，瓦特专搞技术，收益博尔顿取2/3，瓦特取1/3。从年制成第一台蒸汽机开始，到年的7年里，瓦特总共制造了40台机器。当时他们采用出买图纸的方式，由买主在瓦特的指导下自己造机器。
这样的成功，并没有使瓦特满足，他继续研究。工业发展的需要促使瓦特向进一步提高蒸汽机效率努力。
原来的蒸汽机活塞只在一面受蒸汽推动，瓦特就改"单向式"活塞为"双向式"推动，他巧妙地加了一个连杆，往返推动汽缸上的阀门，使蒸汽由活塞的这一边进来，推动活塞向那一边运动；活塞到头后，蒸汽又由活塞的那边进来，把活塞又推过来。经过这个改动，机器的功率又提高了一倍。完成这一步以后，瓦特又想到曾在青年时代与罗比逊设想不仅要蒸汽机提水，还要用它带动纺织机和车轮及一切需要动力的机械。
瓦特开始研究设计旋转式蒸汽机。要带动纺织机和车轮，就需要把一来一往的往返运动，变成旋转的圆周运动。瓦特设计了飞轮和曲拐把往复运动，变成了圆周运动。但当他申请专利时，曲拐装置已有人抢先申请了。瓦特又经过一番努力，改用缩放仪的原理暂时用一套装置代替曲拐。年瓦特的旋转式蒸汽机取得了专利。年，原曲拐专利到期，瓦特的蒸汽机又改用曲拐装置。我们现代所用的火车头上的机械至今保持瓦特蒸汽机的老样子。
瓦特的旋转蒸汽机功率大、效率高，很快就在采矿、纺织、冶金、机器制造等各行各业中得到了广泛应用。这时的蒸汽机已经不按提水量来计酬了，改为用能顶多少匹马的拉力来计算酬金。"马力"是瓦特首先提出来的，至今一直还是用"马力"作为计算功率的单位。
年，工业革命在英国全面展开。不久，法国、德国、美国等地也掀起了工业革命。瓦特的蒸汽机得到越来越广泛的应用。年，美国一位叫富尔顿的人把蒸汽机装在船上，发明了火轮船。年，一位叫做乔治·斯蒂芬逊的美国人把蒸汽机装在火车上，制造出了火车头。瓦特的蒸汽机极大地推动了美国的工业革命，使世界进入了"蒸汽时代"。
恩格斯说："蒸汽机是第一个真正的国际性的发明","是社会领域中实现了巨大的解放性的变革"。
为了制造蒸汽机，瓦特用了26年的时间。在这期间，他还发明了滚筒复印机、千分卡、分度器、主体绘图仪等等。一直到他68岁时，还为格拉斯哥自来水厂设计了穿越河流的输水干线。
瓦特于年8月19日在伯明翰去世，终年83岁。
瓦特没有上过大学，但是他读的书比许多大学教师还多。他为了搞懂一些问题，往往要查看英文、法文、德文和意大利文的书籍，刻苦自学，钻研国内外资料。
瓦特的一生是不断创造发明的一生，他重视理论，更重视实践。在创造发明中，他从来都是一步步通过实验，在实践中设计出最合理的方案。他曾在给儿子的信中说："蒸汽机的所有机构，并不是一下子发明出来的，而是直到今天还经历着不断完善的过程。有许多东西别人早就懂了，而在那时，我还不懂，只是到现在才明白。
瓦特的一生，证明科学技术的产生和发展来自社会需要，来自前人的实践，来自自己的艰苦奋斗。
瓦特的蒸汽机为全人类立下了功勋！它曾经使手工业生产变成了机器大工业生产，这个变革就是工业革命，或者叫产业革命。蒸汽机时代已过去了，如今，世界已经是电汽时代、电子时代。但是，人们不会忘记，曾经有一个了不起的蒸汽机时代。
为了纪念瓦特，人们用他的名字来命名功率的单位，简称"瓦"