瓦特在很小的时候就开始当学习学徒。18岁那年进格拉斯哥城学习手艺，后来又去伦敦专门学习机械制造业。1756年，瓦特学期未满，到了苏格兰的格拉斯哥。他特别想自己开个店，但是他的学徒期太短，不够独立经营的标准，因此没有获得当局的批准。
1757年，瓦特到格拉斯格大学找到一份工作，即做机修工，主要负责制作和修理教学仪器。这份工作为瓦特提供了良好的学习与实践的机会。他勤奋认真的学习专业知识，另外还掌握了德文和意大利文，一有机会就向大学里的教授请教，有时还和他们争论科学技术问题。同事，瓦特还结识了著名物理学家布莱克教授。从他那里，瓦特学到了关于热学的知识，这对他日后的发明益处很大。
早在1679年法国工程技师巴本就制作了“蒸煮器”，就像现代的高压锅。在这基础之上，巴本进一步研制出了第一台活塞式蒸汽机，但他未能改进成实用的蒸汽机。这种机器的原理是在汽缸底部放有少量的水，一加热，水的蒸汽就会推动活塞。当停止加热时，汽缸下落，可以提供动力。但是因为矿井太深，用机械排水需要耗费很大的人力、财力和财力，所以英国政府公开悬赏，希望有人能解决矿井的排水问题。
英国工程师萨费里发明了蒸汽泵来解决这个问题。1698年，英国的塞莱斯发明了实用的无活塞式蒸汽机，能应用在矿井中，被称为“矿山之友”，但受当时材料和技术的限制，无法推广。直到1705年，纽可门创造了空气蒸汽机。他通过向汽缸里装冷水喷射器，使得降温冷凝的速度有了很大的提高。
1763年，格拉斯格大学买了一台纽可门的蒸汽机用来做实验。经过一段时间的研究，瓦特发现这台在当时还算是先进的蒸汽机仍然存在很大的弊处，其一是使用时燃料的耗费量特别大，而且体形还很笨拙，另外它的应用范围有限，只能用于矿井抽水和灌溉。看着这台机器，瓦特对自己说：“我一定要研究一台更好的蒸汽机。”
瓦特开始自筹资金，租了间地下室，买了必要的设备。一年之后，瓦特自己制造的蒸汽机开始点火了。但水沸腾起来之后，蒸汽机却一动不动，水汽从里面冒了出来把屋子里搞得雾气腾腾。经过检查发现，原来是蒸汽机漏汽，瓦特的第一次试验失败了。“我一定能成功！”瓦特并没有灰心。
但是，瓦特面临了资金不足的现实问题。当时，造一台蒸汽机需要几千英镑，而瓦特一年的工资也才不过35英镑，他只好向朋友求助。幸好他有一个叫巴克的朋友为他提供经费，给予他很多帮助。当瓦特看到曙光的时候，巴克突然破产了，瓦特又走投无路了。
“瓦特，我给你带好消息了。”正当瓦特在自己的实验室里一筹莫展的时候，巴克也在四处奔走，想法为瓦特寻找支持者。
“什么好消息，赶快告诉我。”瓦特兴奋起来，又有了奋斗的激情。
“伯明翰有一个铁器制造商，叫马太·波尔敦，他答应为你提供经费，并且维持你的生活，直到这个事业获利为止。”
“他有什么条件？”
“在你成功后，他想占有蒸汽机专利权的三分之二作为对他的补偿。”
“好，我同意了！”
在马太·波尔敦金费的援助下，瓦特终于在1796年制成了有分离冷凝器的单动式蒸汽机。这种蒸汽机比纽克曼的蒸汽机可节省75%的燃料。
但瓦特并没有满足所取得的成就，又在1782年，发明了具有连杆、飞轮和离心调速器的双动作蒸汽机，制成了新的可实用的蒸汽机。由于这种蒸汽机把往复的直线运动变成连续而均匀的圆周运动，因而可以经过传动装置带动一切机器运转，成为能普遍用于工业和交通运输业的“万能动力机”。
到19世纪30年代，蒸汽机广泛应用于纺织、冶金、采煤、交通等部门，并引起了一场技术革命。这就是所谓的“蒸汽时代。”
瓦特逝世于1819年，后人为了纪念他的伟大发明，把发电机和电动机的功率计算单位称为“瓦特”。现代家庭用的电灯、电暖器、电熨斗的功率都称为“瓦，w”，那是“瓦特，watt”的简称，也是为了纪念他为人类作出的杰出贡献。
轮船的发明
瓦特发明了蒸汽机，为动力提供了广阔的天地。很多人当就想：“要是把蒸汽机用到交通工具上，大大提高速度，那该多好啊。”
1789年，一个叫富尔顿的美国年轻人抵达英国，登门拜访了瓦特，向他说了自己想把蒸汽机用在船上的想法。瓦特非常欣赏富尔顿，鼓励富尔顿进行实验，使航运跟上蒸汽时代的脚步。
1803年，富尔顿在法国研制好了一艘轮船，它用瓦特蒸汽机做动力，用明轮桨做助推工具。一天，富尔顿在塞纳河上试航，人们听说研制了水面“怪物”，纷纷跑来观看。船开动了，这艘船在塞纳河上吐气冒烟，摇摇晃晃地走着，发出轰轰的声音。
人群中突然有人笑了起来：“哈哈，瞧它慢得像什么？”
“蜗牛！”
“又笨又重！”
“又呆又傻！”
人们七嘴八舌讥讽着这艘刚刚起步的汽船。
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