美国的机械工业逐渐崛起，离不开其从英国引进的先进技术，更得益于美国人的平等精神和创新思维。独立战争和国内战争打破了制约美国发展的枷锁，美国自诞生就充满了生机和活力。第一次工业革命是美国机械文明的一个准备阶段，到19世纪中叶，美国就出现了经济腾飞。

美国自1783年独立后，在其西部获得了大片领土成立新的州，西部荒原移民从事农业的人口不断增加。当时的美国处于“技术落后状态”，机械工业正处于起点时期，大西洋沿岸各州的机械技师急于发明劳动机械来实现大批量生产方式，快速生产所需物资。

18世纪末，纺织机械在英国已十分发达，而美国才逐渐开始制造纺纱织物机械。英国技师S.斯莱特（Samuel Slater）偷渡到美国，修复了水力纺纱机，并致力于改造工厂的经营管理模式，为美国纺织工业的迅速发展做出重大贡献。美国是英国纺织工业棉花供给的主要基地，棉籽与棉絮分离是一件沉重烦琐而效率极低的工作。1793年，E.惠特尼（Eli Whitney）研制出摘除棉花籽的机械——轧棉机，这项发明使美国棉花的出口量在20年间增加了200倍，是美国工业革命期间的重要发明。斯莱特制作的纺纱机械可以加工出大量纺纱，美国纺织工业逐渐兴起，催生了美国机械工业的变革。1814年，罗维尔（Lowell）采用了动力机械使织物机运转，织物业又得到进一步发展。截至1860年，美国纺织工业的纱锭增加到500万枚，工人数量超过了12万，基本实现机械化。纺织机械的发展带动了缝纫机械的兴起。1846年，美国发明家E.豪（Elias Howe）发明了具有实用性的缝纫机，美国发明家I.M.胜家（Isaac Merrit Singer，1811～1875）实现了它的商业化，建立了大型的缝纫机制造厂。截至19世纪中后叶，美国轻工业基本走向机械文明时代。

E.惠特尼于1798年和美国军方签订了15000支步枪的生产合同，开始了军事装备的生产。初期的手工作业方式不仅缓慢，而且零件互换性差，致使枪支报废率高。为了使枪支的各种零件都实现标准化，E.惠特尼首创互换性生产方法，高精度机床和测量工具应运而生。E.惠特尼于1818年研制出卧式铣床，解决了当时机械加工平面问题。随后又发明了样规，以规范各种零件的加工尺寸。1845年，美国的S.菲奇（Stephen Fitch）发明了转塔车床，提高了螺丝等零件的生产效率。1861年，美国的J.R.布朗（Joseph Rogers Brown，1810～1876）设计了万能铣床解决了麻花钻头上的沟槽加工问题，此外，由他发明的游标卡尺和千分尺，已成为车间中的通用量具。由于美国特殊的历史条件，枪支的市场很大，催生出了美国的镗床、转塔车床、拉床、磨床以及自动车床的研制。由惠特尼开创、柯尔特（Colt）进一步发展起来的互换性生产模式在19世纪中叶传遍欧洲，被誉为“美国制造系统”。

第一次工业革命（18世纪60年代至19世纪40年代）时期，蒸汽动力使社会生产力获得了极大发展，促使世界工业进入大规模机械化时代。电磁感应现象的发现为人类进入电气时代奠定了基础，也标志着第二次工业革命（19世纪60年代至20世纪初）的到来。此时的美国经历了国内战争，废除了奴隶制，工业得到迅速发展。发明家T.爱迪生于1882年制造了当时世界上容量最大的发电机，并在纽约建立起直流发电站和民用照明系统。1891年，科学家N.特斯拉设计了最早的两相交流电动机并获得专利，为动力机械新格局的发展奠定了基础。与此同时，美国发明家L.A.佩尔顿（Lester Allan Pelton，1829～1908）制成了反击式水轮机，C.柯蒂斯制造了多个速度级的冲击式汽轮机。这些动力机械的出现大力推动了美国电力工业的发展。这一时期，美国的机械、钢铁、煤炭等重工业领域取得飞速发展，催生出了系列选矿、采掘、破碎等机械。1858年，美国发明家E.W.布雷克（Eli Whitney Blake，1795～1886）发明了颚式破碎机，这一发明被认为是美国工业化过程中的重要发明。1881年盖茨（Gates）发明了圆锥破碎机。1896年维尔弗雷发明了摇床。19世纪末，美国的钻机设备已成功开采数百口油井和天然气井。截至第一次世界大战（1914）前夕，美国的制造业总产值已经跃居世界首位。

钢铁和石油化工的发展为汽车工业创造了先决条件。1886年德国人N.奥托（Nikolaus August Otto，1832～1891）研制成功内燃机，1886年，德国发动机设计师C.本茨（Carl Benz，1844～1929）发明了世界上第一台汽车。美国在19世纪90年代才引进汽车制造技术，由于石油资源丰富，钢铁供应充足，橡胶工业也已兴起，所以汽车工业比欧洲各国都发展迅速。1893年美国杜里埃兄弟（Frank Duryea和Charles Duryea）制造了第一台汽车，截至1899年，美国已有30家汽车制造商，但造价高、质量差。1903年美国创办了“福特汽车公司”，1906年福特汽车生产A型汽车，1908年又推出了著名的T型车。福特汽车流水线是继19世纪枪支生产中的大批量生产方式之后，首次在大型产品上实现大批量生产。其采用的零件标准化和固定装配线，以及1913～1914年又改用的流动装配线，大幅提高了生产效率并降低了汽车成本，使美国成为名副其实的汽车王国。美国不仅坐拥福特的大批量生产线，更有“工业工程之父”F.W.泰勒（Frederick Winslow Taylor，1856～1915）基于时间研究和实验实践所创立的科学管理体系，为其社会经济腾飞奠定了基础。

1903年，美国的莱特兄弟制造的飞机试飞成功，标志着固定翼飞机动力飞行成为可能。莱特兄弟不仅制造出了装有两个螺旋桨的双翼机，实现动力飞机的载人飞行，且解决了飞行姿态参数控制，使驾驶员能够有效操纵飞机，为空气动力学的发展奠定了基础。1916年，美国的W.E.波音（William Edward Boeing，1881～1956）创建了波音公司，生产军用飞机。20世纪30年代中期，波音公司开始研制大型轰炸机，包括在第二次世界大战中赫赫有名的B-17、B-29轰炸机，以及东西方冷战时期著名的B-47和B-52战略轰炸机。在“珍珠港事件”发生后，美国军方大力发展战备飞机，如F系列战斗机。20世纪60年代以后，波音公司的主要业务由军用飞机转向商用飞机，1957年在KC-135空中加油机的基础上研制成功首架喷气式客机——波音707，自此一系列型号的民用客机发展开来。

汽车和航空工业的兴起标志着交通运输业的第二次革命，推动了钢铁、石油、橡胶和精密仪器仪表工业的发展。19世纪末，为了适应汽车工业和航空工业的需求，机床工业得到进一步发展，机械制造技术发展中心已从英国移向美国。1892年美国的工程师诺顿（Norton）发明了诺顿机构，此机构安装在普通车床的进给箱中，使螺纹加工不再依赖更换挂轮。1873年，美国发明家C.M.斯宾塞（Christopher Miner Spencer，1833～1922）获得全自动转塔车床的专利，由凸轮鼓控制车床的自动化。第一次世界大战前后，由于军火、汽车和其他机械工业的需要，以凸轮为特征的各种高效自动车床和专门化车床迅速发展。为了适应钟表、缝纫机、枪械等零件淬硬后加工以及新材料的加工，美国的磨床得到进一步发展。1875年美国公司制造出的万能外圆磨床，首次具备现代磨床的基本特征。1900年，C.H.诺顿发明了可加工大工件、高精度和高生产率的磨床，可以加工碳化硅、氧化铝等材料。1902年，美国公司首次将液压传动及其控制应用于磨床，对磨床的发展起到很大推动作用。磨床的发展使机械加工技术进入精密化阶段。20世纪初，由于汽车、飞机和发动机制造对精度的要求，对铣床的精密和操纵性提出更高要求。美国辛辛那提（Cincinnati）铣床公司的霍尔兹（Holz）和德里奥（Leeuw）发明了多螺旋线刀刃和铣刀，克服了单刃铣刀的缺点，使铣床成为加工复杂零件的重要设备。后续美国又制造出能快速并精确确定孔的中心线位置的坐标镗床。此外，1891年美国发明家E.费罗斯（Edwin Fellows，1865～1945）发明了直齿轮的插齿加工方法和插齿机，1874年工程师格里森（Gleason）发明了锥齿轮刨齿机。1895年巴克（Buck）发明了能同时加工轮齿两侧面的锥齿轮刨齿机。1902年美国公司制造出了拉床。拉削和成形磨削工艺的进步为产品公差收紧和成本下降奠定了基础。1911年，美国制成了最早的组合机床，用于加工汽车零件。1953年美国公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用部件的标准化。19世纪末至20世纪，美国机械制造业的发展得益于19世纪各国延续下来的传统技术，并不断改进提高和扩大应用范围，随着机床和刀具材料的进步，美国的制造工艺有了极大的提高。

20世纪50年来以来，随着计算机技术的发展和日趋激烈的市场竞争，美国大力发展制造业，不断提出新的设计概念和制造模式。1952年，美国公司和麻省理工学院（MIT）在制造军用飞机的变截面机翼时发明出了世界首台三坐标数控立式铣床样机——Hydrotel，成为数控技术和数控机床的先驱。20世纪50年代，MIT的伺服机构研究得到了美国空军的资助，D.T.罗斯（Douglas Taylor Ross，1929～2007）团队开发并完善了数控机床编程语言（automatically programmed tool; APT）。数控原理的应用从铣床扩展到镗床、钻床和车床。MIT对推动计算机辅助制造（computer-aided manufacturing; CAM）的发展做出很大贡献，并提出CAD/CAM的概念。由此发展而来的计算机数控系统（computer numerical control; CNC）经历5代，已进入成熟应用阶段。1958年，美国开发出世界首台加工中心Milwaukee-MaticⅡ，大大提升了生产效率。自20世纪70年代开始，计算机被广泛应用到机械制造的各方面，提升了制造过程的智能化水平，提高了劳动生产率和产品质量。1974年美国学者J.哈林顿（Joseph Harrington）提出计算机集成制造系统（computer integrated manufacturing system; CIMS）。CIMS代表了公差综合自动化的最高水平，被誉为未来的工厂。随着互联网时代的到来，利用网络实现资源共享与集成，提高产品研发和制造能力得到了广泛关注。美国国家航空航天局（NASA）和自然科学基金会（NSF）联合研究网络协同设计项目Information Power Grid（IPG），旨在利用多个研究机构资源共同完成飞机设计中的整体仿真。1991年，里海大学提出“美国企业网”计划，拟利用高速信息网络系统将美国的制造业联系在一起。随后，虚拟企业和敏捷制造等新概念被提出。

科学技术发展和国防安全需求催生出系列国防装备。美国在航天和海洋领域的科技创新始终位于世界前茅。美国航天工程师W.von布劳恩（Wernher von Braun）主持研制的“丘比特C”运载火箭，把美国第一颗人造卫星“探险者1”号送上太空飞行。1958年，布劳恩用丘比特导弹改装的运载火箭，开辟了美国征服太空的新纪元。此后，美国研制出几种中程和洲际导弹并改造成“雷神”（用于发射早期如“发现者”号的小型卫星，现已弃用）、“宇宙神”（美国通用动力公司制造，除作为“月球”号和“火星”号星际探测器的运载工具外，曾用来发射过“通信卫星”和“水星”号载人飞船）、“大力神”（马丁·玛丽埃特公司研制生产，主要发射各种军用卫星，也发射了“太阳神”号、“海盗”号、“旅行者”号等行星和行星际探测器）以及“德尔塔”（科麦道公司研制生产，发射过“先驱者”号探测器、“泰罗斯”气象卫星、“云雨”号卫星、“辛康”号卫星、国际通信卫星）等几种不同用途的运载火箭。伍兹霍尔海洋研究所研制的“海神”号机器人潜艇可成功下潜6.8英里（约11000米），探秘世界上最深的马里亚纳海沟。美国水下航行器生产商研制的REMUS型水下机器人，作为一种紧凑型的轻型水下运载工具，能够适应水域恶劣的环境，加强海军的反水雷战能力。20世纪末期，美国展开了关于水下滑翔机的研究工作，已经研制出4种型号的水下滑翔机，分别是：SIO（Scripps Institution of Oceanography）研制的Spray水下滑翔机、华盛顿大学研制的Sea Glider水下滑翔机，以及Webb Research Corp研制的Slocum电能水下滑翔机和Slocum温差能水下滑翔机。