Stromový soustruh, který se objevil ve druhém tisíciletí před naším letopočtem, byl nejranějším prototypem obráběcího stroje. Při práci stoupněte na objímku na spodním konci lana, použijte elasticitu větve, aby se obrobek otáčel lanem, držte plášť nebo kamennou třísku jako nástroj a pohybujte nástrojem po liště, abyste řezali obrobek. Středověké elastické tyčové soustruhy stále používaly tento princip. Reklama uvnitř článku
V 15. století se kvůli potřebě výroby hodin a zbraní objevily závitové soustruhy a stroje na obrábění ozubení pro hodináře a také vodou poháněné sudové vyvrtávačky. Kolem roku 1500 nakreslil Ital Leonardo da Vinci koncepční náčrtky soustruhů, vyvrtávaček, závitořezů a vnitřních brusek, včetně nových mechanismů, jako jsou kliky, setrvačníky, hroty krku a ložiska. "Tian Gong Kai Wu" vydaný za dynastie Ming v Číně také obsahuje strukturu brusky, která používá nožní pedál k otáčení železné desky a přidává písek a vodu k řezání nefritu.
Průmyslová revoluce osmnáctého století podpořila vývoj obráběcích strojů. V roce 1774 vynalezl Brit Wilkinson přesnější vyvrtávací stroj. Následující rok použil tento sudový vyvrtávací stroj k vyvrtání válců, které splňovaly požadavky Wattova parního stroje. Pro vrtání větších válců sestrojil v roce 1776 vyvrtávačku válců poháněnou vodními koly, která podpořila vývoj parního stroje. Od té doby je obráběcí stroj poháněn parním strojem přes horní hřídel.
V roce 1797 vytvořil Brit Maudsley soustruh se šroubovým držákem nástroje, který dokáže realizovat motorický posuv a soustružení závitu, což je velká změna ve struktuře obráběcího stroje. Maudsley je také známý jako „otec britského průmyslu obráběcích strojů“.
V 19. století se díky propagaci textilních, energetických, dopravních strojů a zbrojní výroby postupně objevovaly různé typy obráběcích strojů. V roce 1817 Britové Roberts vytvořili portálový hoblík; v roce 1818 vyrobil Američan Whitney horizontální frézku; v roce 1876 vyrobily Spojené státy univerzální válcovou brusku; v letech 1835 a 1897 vynalezl odvalovací stroj na ozubení a obrážečku ozubení.
S vynálezem elektromotoru začal obráběcí stroj používat elektromotor k centrálnímu pohonu a poté široce využíval pohon jediným elektromotorem. Na počátku dvacátého století byly postupně vytvořeny souřadnicové vyvrtávačky a brusky závitů, aby bylo možné zpracovávat obrobky, přípravky a závitovací nástroje s vyšší přesností. Současně byly vyvinuty různé automatické obráběcí stroje, kopírovací obráběcí stroje, kombinované obráběcí stroje a automatické výrobní linky, aby byly uspokojeny potřeby hromadné výroby v průmyslových odvětvích, jako jsou automobily a ložiska.
S rozvojem elektronické technologie vyvinuly Spojené státy v roce 1952 první číslicově řízený obráběcí stroj; v roce 1958 vyvinula obráběcí centrum, které dokáže automaticky měnit nástroje pro víceprocesové obrábění. Od té doby, s rozvojem a aplikací elektronické techniky a výpočetní techniky, prošel obráběcí stroj významnými změnami v metodách pohonu, řídicích systémech a konstrukčních funkcích.