Nació en Greenock, Escocia en 1736, hijo de un contratista y armador; se inicia en matemáticas a los 14 años, sin mostrar cualidades extraordinarias, pero adquirió gran habilidad en el taller mecánico de su padre, tanto en herramientas, como en instrumentos de navegación, lo que le dio destreza especial que le fue de gran utilidad en la construcción de instrumentos de precisión.

En el taller londinense de Morgan de Cornhill se perfeccionó en el trabajo de materiales y artificios instrumentales. Al regresar a su país natal se le encomendó la reparación de unos instrumentos de astronomía, trabajo que realizó en el college de Glasgow, así como una máquina atmosférica defectuosa y otro material, lo que le valió la designación de "maestro fabricante de instrumentos matemáticos de la Universidad", o sea, lo que modernamente se llama maestro de taller de precisión.

Watt se dedicó, entonces, a la fabricación de máquinas de vapor y a proseguir con sus investigaciones; inventó el motor rotativo, el motor de doble efecto, el aparato que registra la presión del vapor, el regulador centrífugo, Watt también destacó en la ingeniería civil, e inventó un aparato medidor de distancias, el cual se instalaba en los telescopios.

Su nuevo método para economizar combustible en las máquinas de "vapor" tuvo al principio bastantes dificultades, pero más tarde le procuró, asociado con Boulton, ingresos excepcionales, sobre todo en aquellas regiones donde el carbón era de mayor costo y donde era preciso economizar en la operación de bombeo en minas. Perfeccionamiento notable fue el de transformación del simple movimiento alternativo de su máquina en movimiento circular o de rotación, la puesta a punto del doble efecto, adicionando el volante para la mayor regularidad de la marcha, llegando a construir máquinas de vapor muy prácticas y con mejora de su economía funcional; los grandes centros industriales de Manchester, Birmingham y Londres rápidamente lo implantaron.

Las máquinas de vapor, con los perfeccionamientos de Watt, adquirieron fama por todo el continente. En Francia fueron inmediatamente conocidas y hasta se trató de introducirlas para el bombeo del agua del Sena, para el abastecimiento parisino y del Palacio de Versalles; en este último caso el proyecto no fue realizado a causa de los movimientos revolucionarios en Francia. La gran expansión industrial de los siglos XVIII y XIX fue posible gracias a esta clase de máquinas que señalaron, en su apogeo, la "época del vapor". Encontraron aplicaciones como fuerza motriz, resultante de la transformación de la fuerza expansiva del vapor en esfuerzo mecánico, aplicado a toda clase de trabajos; singularmente en las minas, iniciaron su empleo industrial, y pasaron a fábricas y talleres; el vapor como fuerza motriz hizo posible la navegación marítima rápida y la terrestre con las locomotoras; dieron nota de semejanza imitativa en otra clase de mecanismos, ya diferenciados, como los motores de combustibles líquidos, que mantienen en aprovechamiento la fuerza de expansión de los gases producidos.

La importancia de su invento radica en que es una de las claves de la Revolución Industrial, al conseguir multiplicar el aporte de fuerza reduciendo el gasto de energía. Su aplicación, la máquina de vapor, se dio en minería y comunicaciones, especialmente. La aparición de la energía eléctrica no desbancó al uso del vapor hasta muchos años después. La importancia de su invención le hizo ser premiado por la Real Sociedad londinense y la Academia de Ciencias de Francia. Además, ve multiplicarse el número de máquinas de vapor en Inglaterra, que serán ya en 1830 unas 10.000. al reconocimiento intelectual le acompaña el éxito económico, pues, junto a su socio Boulton, se encargaron de la fabricación y distribución de sus máquinas y la comercialización de sus patentes. Falleció en Birmingham el 5 de agosto de 1819.

James Watt es conocido como el padre de la revolución industrial y como un homenaje hacia él, se dio el nombre de vatio o watt a la unidad de potencia eléctrica en el sistema internacional.