Джеймс Уатт родился 19 января 1736 года в Шотландии, в Гриноке близ Глазго. Отец отправил его в Лондон, чтобы Джеймс обучился слесарному делу. За один год он освоил программу, рассчитанную на 7 лет, и, вернувшись на родину, стал работать механиком в университете Глазго.
Познакомившись с физиками Дж. Блэком и Дж. Робинсоном, Уатт принимал участие в проводимых ими экспериментах по определению теплоты парообразования. В то время было очень популярно создавать паровые машины, среди которых к тому времени существовали «огневая машина» француза Д. Папена, паровой водоподъемник Т. Севери, пароатмосферная машина Т. Ньюкомена.
Уатт приступает к совершенствованию паровой машины. Джеймс Уатт впервые сумел добиться того, чтобы пар не охлаждался внутри цилиндра, в противном случае образовывался конденсат, и эффективность машины падала. В машине Уатта применялось избыточное давление пара, это улучшало экономичность и снижало габариты установки (эта особенность была запатентована в 1768 году). Работы инженера заинтересовали фабриканта Мэтью Болтона, владевшего металлообрабатывающим заводом в местечке Сохо близ Бирмингема, и он заключает с Уаттом соглашение о партнерстве. В 1782 году Уатт создает первую паровую машину двойного действия.
Болтону принадлежала идея измерять мощность двигателя в лошадиных силах, а по имени Уатта была названа единица мощности – Ватт. Фирма «Болтон и Уатт» до конца века была монополистом в Англии по производству паровых машин. Паровая машина Уатта сыграла большую роль в промышленном перевороте и переходе к машинному производству.
Кроме того, Уатту принадлежат и другие изобретения и открытия: ртутный манометр, водомерное стекло в котлах, копировальные чернила, индикатор давления. Умер Уатт 19 августа 1819 года в Хитфилде близ Бирмингема.