Tvaika dzinējs ir viens no svarīgākajiem izgudrojumiem cilvēces tehnoloģiskajā attīstībā. Lai gan pēdējo 2000 gadu laikā ir izstrādāti vairāki elementāri dizaini, angļu izgudrotājs Tomass Saverijs ir atzīts par pirmās funkcionējošās tvaika dzinēja uzbūvi 1698. gadā. Sekojošie uzlabojumi 18. gadsimtā radīja drošākus un jaudīgākus dzinējus, un pirmās ar tvaika dzinēju darbināmas upju laivas un lokomotīves parādījās 1800. gadu sākumā. Šīs mašīnas bija būtiskas, lai uzsāktu rūpniecisko revolūciju un tai sekojošās izmaiņas civilizācijā.
Agrāko zināmo ar tvaiku darbināmo ierīci izstrādāja grieķu inženieris, kas pazīstams kā Hero jeb Herons no Aleksandrijas mūsu ēras 1. gadsimtā. Hero izgudrojumu sauca par eolipili un būtībā bija ar ūdeni pildīta sfēra ar divām sprauslām pretējās pusēs. Novietojot virs siltuma avota, ūdens pārvērstos tvaikā, kas pēc tam tika izspiests no sprauslām un izraisīja eolipila griešanos. Ir rakstiskas liecības par vēlākām ar tvaiku darbināmām ierīcēm viduslaiku baznīcās, taču nopietna attīstība atkal sākās tikai 16. un 17. gadsimtā, kad Eiropas pētnieki sāka pilnīgāk pētīt tvaika īpašības.
1600. gados ar tvaiku darbināmu ierīču jēdziens tika pilnveidots, izmantojot tādus sasniegumus kā virzuļi un atsevišķi katli. Daži vēsturnieki uzskata, ka Edvards Somersets, otrais Vusteras marķīzs, ir izstrādājis pirmo tvaika dzinēju — ierīcē, kas paredzēta ūdens sūknēšanai pilī. Vairāki citi pētnieki strādāja pie ar tvaiku saistītām mašīnām līdz 17. gadsimta beigām, kad Saverijs ieviesa pirmo tvaika dzinēju, kas spēj darboties rūpnieciskā jaudā.
Savery dzinējs tika izstrādāts, lai risinātu problēmu, kas saistīta ar ūdens izņemšanu no dziļajām raktuvēm Anglijā. Lai gan tam trūka noteiktu drošības elementu, Savery dzinējs tika nodots darbam, sūknējot ūdeni no raktuvēm, un vēlāk tika izmantots tādiem uzdevumiem kā dzirnavu darbināšana un ūdens sūknēšana uz dzīvojamiem rajoniem. Šis pirmais tvaika dzinējs nebija pietiekami drošs vai efektīvs plašai lietošanai, un pēc viņa nāves šī koncepcija tika pilnveidota.
Līdz 19. gadsimta sākumam tvaika dzinēja konstrukcijā tika veikti vairāki uzlabojumi. Divi no svarīgākajiem jauninājumiem bija Newcomen un Watt dzinēji, kas ļāva plaši izmantot ar tvaiku darbināmas ierīces. Lai gan Watt dizains tika nedaudz pārveidots, tas bija pirmais tvaika dzinējs, ko izmantoja Viljama Simingtona un Roberta Fultona tvaika laivu darbināšanai. Ap šo laiku tika izstrādātas arī pirmās ar tvaiku darbināmas lokomotīves, kas nodrošināja daudz ātrāku un efektīvāku ceļošanu un transportēšanu.