瓦特小時候因為身體較弱去學校的時間不多，主要的教育都是由母親在家裡進行。瓦特從小就表現出了精巧的動手能力以及數學上的天分，並且接受了很多蘇格蘭民間傳說與故事。他的父親當過造船工人，祖父叔父都是機械工人，由 於家庭的影響，瓦特從小就熟悉了許多機械原理和製作技術。 瓦特是一個智慧非凡的孩子，他勤奮好學，勇於探索，對發明創造最感 興趣。
有一天父親的朋友前來做客，正好看到小瓦特坐在爐子旁邊發呆，手 裡拿著筆和紙，地上有許多畫過的圖。他好心地說：「小瓦特應該上學了， 別光在家用玩耍來打發寶貴的時光了。」父親莞爾一笑，說：「謝謝你，我 的朋友。不過，你還是看看我的兒子在玩什麼吧……」原來，小瓦特在設計 各種各樣的玩具，還畫了許多圖樣，這年小瓦特才剛好 6 歲整，客人吃驚地 說：「這孩子真了不起！」
又有一次，家裡人全出去了，只留下瓦特一個看門。他呆呆地看著爐子 上燒水的茶壺。水快燒開了，壺蓋被蒸汽頂起來，一上一下地掀動著……他 想：這蒸汽的力量好大啊。如果能製造一個更大的爐子，再用大鍋爐燒開水， 那產生的水蒸汽肯定會比這個大幾十倍、幾百倍。用它來做各種機械的動力， 不是可以代替許多人力嗎？這就是後來人們傳說中的「瓦特發明蒸汽機」的 故事。
蒸汽機的發明，使得人類的生活與世界的文明改觀了。過去由人們用勞力所做的事情，或由牛馬、水車、風車等的力量來轉動的機器，全部由蒸汽機來替代了。有了蒸汽機才有了現代的機械文明，所以瓦特是現代文明的奠基者。蒸汽機的發明，並不是瓦特一個人單獨的完成。他有一個最要好的朋友，名叫鮑爾頓，是位大事業家，還有一個忠實的門徒，馬特克。這兩個人，始終形影不離的幫助他，所以，瓦特才能完成這麼偉大的發明。
1769 年，瓦特和助手們在大量試驗的基礎上， 經過了無數次失敗，終於製成了一臺單動式蒸汽機，並且獲得了第一臺蒸汽 機的專利權。1782 年瓦特又研製成功一種新式雙向蒸汽機，並且可以廣泛地 應用在各種機器上；1788 年，英國政府正式授予瓦特製造蒸汽機的專利證 書；從 1775 年到 1800 年，瓦特和波爾頓合辦的蘇霍工廠，就製造出 183 臺 蒸汽機，全用於紡織業、冶金業和採礦業，到了 19 世紀 30 年代，蒸汽機推 向了全世界，從此人類社會進入了「蒸汽時代」。
據說瓦特成為億萬富翁後還曾阻撓其它一些非自己專利的蒸汽機的發明與推廣，並認為用蒸汽機來推動車輛是不可能的事情。