早在公元前120年亚历山大的希罗记述了古埃及利用空心球中蒸汽喷出的反作用力而使其旋转的装置，可称为反动式汽轮机的雏型。公元1629年意大利科学家G.de布兰卡(Giovanni de Branca)首先利用从加热盛水容器中喷出的汽流推动一个轮盘旋转，这便是冲动式汽轮机的原形，但这些只是玩物。直到1883年，瑞典工程师C.G.P.de拉伐尔(CarlGustaf Patrik de Laval)建造了第一台有实用价值、功率为3.67kW的汽轮机。这是一台单级冲动式汽轮机，转速高达26000r/min。他解决了由于高转速引起的机械强度和振动问题以及喷嘴设计问题。1884年英国的C.A.帕森斯(Charles Algernon Parsons)制成7.46kW的多级反动式汽轮机。这台汽轮机具有两个叶轮组，每组共有15个叶轮，叶轮直径仅有75mm，转速为17000r/min。1900年美国的C.G.柯蒂斯(Charles Gordon Curtis)制成单压力级多调节级的冲动式汽轮机。进入20世纪，法国A.拉托(Auguste Rateau)、瑞士H.佐莱制成了多级冲动式汽轮机；1910年容克斯脱莱姆(Ljungstrom)兄弟建议制成辐流式汽轮机，上述多级反动式和冲动式汽轮机便是现代大容量汽轮机的基形 。

19世纪后期，随着电动机和电灯的出现，电力负荷迅速增长，促使电力工业的发展。进入20世纪，电力工业的发展更加突飞猛进，原来作为发电厂原动机的往复式蒸汽机，因其固有的缺点——单机容量小、效率低、转速低、运行不平稳，而让位于汽轮机。

汽轮机的发展往往是伴随着增大单机容量和提高蒸汽参数，但发展过程有反复。1960年美国投入一台单机容量为325 MW的两次中间再热汽轮机，蒸汽参数为34.5MPa，649/566/566℃。但这台汽轮机的运行情况不理想，后降低参数为31MPa，610/566/566℃运行。世界上大机组的单机容量约为500～800MW，最大单轴汽轮机为1200MW，双轴为1300MW，蒸汽压力一般为16.5～18 MPa的亚临界或24 MPa左右的超临界，随着超临界压力机组的更广泛地被采用及超超临界压力机组的发展，新蒸汽温度则从538℃提高到566℃，并有向更高温度600～700℃发展的趋势，中间再热蒸汽温度则从566℃向更高温度发展。

中国第一台用于发电的汽轮机于1907年在上海投运，是英国帕森斯(Parsons)公司制造的800kW机组。1949年前容量最大的机组是1941年在抚顺发电厂投产的53 MW中压机组，蒸汽参数最高的是1947年在上海杨树浦电厂投运的15MW前置式汽轮机，汽压为8.4MPa，汽温为496℃。50年代初期引进捷克和苏联技术，中国制造的第一台汽轮机，容量为6MW，1956年首先在淮南电厂投运。以后陆续制造出12、25、50MW中压和高压机组，1959年投运了100MW汽轮机。再后中国自行设计制造了125、200、300MW汽轮机，分别在1969年、1972年和1974年投入运行。以后1982年和1985年分别投运了日本三菱(Mitsubishi) 公司 350 MW 和法国阿尔斯通(Alsthom) 公司 600MW机组。引进美国西屋(Westinghouse，WH)公司技术自行制造的亚临界压力300MW和600MW机组分别于1987年和1989年投运。90年代初又相继引进了ABB (Asea Brown Boveri)超临界压力600MW汽轮机及苏制300、500和800MW超临界压力汽轮机和西门子(Siemens)公司超临界压力900MW汽轮机 。