瓦特从小体弱多病，到了上学年龄，父母也没有送他去读书。母亲教给了瓦特语文和数学知识，鼓励他玩各种玩具和小机械，培养他观察思考问题和动手实践的能力。后来瓦特进了格林诺克的文法学校，由于身体不好，没有毕业就退学了。18岁那年，瓦特到格拉斯哥城学习手艺，后来又去伦敦学习机械制造。
  1757年，在朋友们的帮助下，瓦特到格拉斯格大学当修造教学仪器的工人，这给他提供了良好的学习与实践的机会。他在那里与化学家约瑟夫•布莱克和以后成为物理学教授的约翰•鲁滨逊成为好友，他们三人经常聚在一起，讨论研究改进蒸汽机的问题，瓦特也学到了不少科学理论瓦特发明的新型蒸汽机，除了采用分离式冷凝器外，还采用了如机油润滑、填料函、气缸绝热套等一系列改进和发明，它的耗煤量仅为纽可门蒸汽机的1/4,工作效率却大大提高。
  1781年，瓦特提出5种将往复运动转变成旋转运动的方法，其中最有名的“行星齿轮结构”在后来的工业生产中得到广泛应用；1782年，瓦特获得了  “双动作蒸汽机”的专利； 1784年，瓦特在他的新专利中又提出了“平行连杆结构”的说法，这使蒸汽机具有了更广泛的实用性；1788年，他又发明了离心调速器和节气阀；1790年，又完成了气缸示功器的发明。
  至此，瓦特完成了对新型蒸汽机发明的全过程。瓦特对新型蒸汽机的发明是第一次工业革命中划时代的重大事件。蒸汽机的广泛应用，使人类获得了空前强劲的、可被人类控制的动力资源，对社会经济的跨越性发展起了关键性作用。1807年，美国人富尔敦把瓦特的蒸汽机装在轮船上，宣告了航运帆船时代的终结。
    1814年，英国人史蒂芬把瓦特的蒸汽机装在火车上，开始了陆路运输的新时代。1785年，瓦特被选为伦敦皇家学会会员；1806年，被授予格拉斯哥大学法学博士头衔；1814年，他被推荐为法兰西国家学会的会员。1819年8月25日，瓦特在家中安然去世，享年85岁。
  后人为了纪念他的伟大发明，把功率计算单位称为“瓦特”。