Джеймс Уатт родился в 1736 году в Глазго, Шотландия. Его отец принадлежал к наиболее уважаемым гражданам города. Он был кораблестроителем и занимался торговлей. Джеймс был очень одаренным, но болезненным ребенком. Он рос живым и любознательным, рано научился читать, слушал рассказы взрослых, а, главное, задавал много вопросов. Его внимание всегда привлекали различные механические приборы, Особенно интересно ему было строить их самостоятельно в соответствии с имеющимся описанием. Джеймс больше всего любил книги, содержащие описание природы, и книги по естественной истории.
Школьного образования из-за слабого здоровья Джеймс не получил, но он самостоятельно занимался ботаникой, минералогией и геологией, медициной, химией, физикой, историей и поэзией.
В 18 лет Уатт решил стать механиком и в 1756 году поступил учеником к механику и оптику в Глазго. Качество обучения его не удовлетворило, и он через год отправился в Лондон, где смог попасть в известную мастерскую Моргана, где проработал год. За это короткое время Уатт стал механиком такой высокой квалификации, что ему поручались самые тонкие работы; он познакомился с различными физическими и измерительными приборами.
По возвращении в Глазго Уатт был принят на работу хранителем коллекций и механиком в местный университет. Вскоре его познания в различных областях заметили и профессора, и студенты.
Одной из первых самостоятельных работ Уатта по физике было исследование давления пара при различных температурах. Поводом к работе стали размышления о роли пара в модели одной из первых паровых машин, которая была в университетской коллекции.
Сравнив принцип работы этой машины со своими исследованиями, Уатт обнаружил основной порок машины – бесполезную потерю теплоты пара. Энергия топлива тратилась в основном на испарение воды, а пар практически не работал.
Патент на паровую машину своей конструкции Уатт взял в 1769 году. Принцип действия этой машины состоял в том, что работа осуществлялась за счет расширения горячего пара, который при этом охлаждался. Это намного повышало коэффициент полезного действия машины.
В 1773 году Уатту предложил финансовую поддержку Бултон, богатый торговец из Бирмингама. Уатт переехал в Бирмингам, патент был возобновлен, и машина была построена. Уатт с компаньоном предлагали устанавливать ее на шахтах и уплачивать за ее эксплуатацию добытым углем. Это оказалось выгодным делом, и изобретатель получил возможность дальнейшего совершенствования машины, которое продолжалось в течение 20 лет.
Стремясь сделать машину наиболее экономичной, Уатт понял, что выпускать пар в воздух невыгодно, так как с ним уходит много тепла. Чтобы использовать это тепло, Уатт окружил стенки цилиндра оболочкой (паровой рубашкой), в которой пропускал отработанный пар. Но пар все же уходил очень горячим. Чтобы использовать и это тепло, Уатт изобрел конденсатор — сосуд, в котором пар конденсировался, соприкасаясь с холодной водой. Целью был подогрев воды, чтобы она поступала в котел уже теплой, и это экономило топливо.
Для управления подачей пара Уатт изобрел золотник, который заменил систему кранов. Конструкция золотника с небольшими вариантами в конструкции существует и сегодня. Был введен в конструкцию центробежный регулятор («регулятор Уатта»), регулирующий ввод пара и механизм передачи движения от поршня к балансиру (параллелограмм Уатта). Благодаря этим усовершенствованиям в 1784 году был создан универсальный паровой двигатель двойного действия с непрерывным вращением (паровая машина Уатта), экономичный и эффективный, который получил широкое распространение и сыграл большую роль в переходе к машинному производству.
Уатт был членом Эдинбургского Королевского общества (1784), Лондонского Королевского общества (1785), Парижской Академии наук (1814). Его именем названа единица мощности – ватт.
.