北平第一机床厂的前身是北平机器总厂。北平机器总厂的前身主要是北平解放后接收原国民政府北平市第一至第八几个修械所组合而成。
第八修械所
1911年（宣统三年），当时北京的大民族资本家封竹轩创办了永增铁工厂。该厂刚开业时是揽到什么活就干什么活，后来生产绞车、水泵、柴油机、人力车头、人力车轴等。
七七事变后不久，被日本资本家所吞并，改名为钟渊铁工厂，原有产品被逐渐淘汰。
1942年（民国三十一年）后，几乎全部生产枪支、炮弹。日本投降后，改为中纺公司天津第一机器厂五厂，制造纺织机械。
1948年（民国三十七年）改为第八修械所，专门修理和制造枪支。解放前夕，该厂有职工400人左右，有设备60台左右。
1949年3月，顺义县修械所并入该所。
第六修械所
1921年（民国十年），一个叫丁茵的美国长老会教徒投资创办海京洋行，厂址在北平东单裱褙胡同。当时主要是经营进口机器和机器的安装以及纺织品贸易，工人不到20名，厂房是租来的6间平房，主要设备是两台皮带车床。
1926年（民国十五年），工人增加到100多人，停止了进口贸易活动，改名为海京铁工厂，经理改由一个叫祖澍田的中国人担任。祖不仅当了美国资本的代理人，而且也入了股。从此，这个厂由帝国主义资本和买办资本合伙经营。
1929年（民国十八年），该厂迁至安定门内方家胡同。七七事变前，这个厂发展成为一个拥有三四百名工人和三四十台设备的工厂，除铸造锅炉、水管以外，已能够用简单的设备仿照外国货制造手术台、电冰箱等产品。
1938年（民国二十七年）秋，海京铁工厂被日本机器工业财阀小系原太郎兼并，改名为“小系重机株式会社”，设备增加到50台左右，职工增至将近500人，主要生产铁斗车、卷扬机等矿山机械，同时，也制造武器炮弹、地雷等，为侵华战争和掠夺我国资源服务。
1945年（民国三十四年）日本投降后，小系铁工厂被国民党接收，改为北平第一机器厂，后来又改为北平市企业公司机器厂。
1948年（民国三十七年），这个厂又被国民党华北“剿总”民间武器调查管配委员会接管，改为第六修械所，有职工300人左右，主要生产“七九”式步枪。
1949年北平解放后，2月改名为北平第一机器厂。
第一修械所
1935年（民国二十四年），伪冀东保安司令部修械所是汉奸殷汝耕办的。1937年改为政治治安部修械所。
1942年改为伪治安总署修械所。
1945年10月改为第九路军修械所。
1948年2月改为第一修械所。在日伪和国民党统治时期都是制枪厂。
解放前夕，有职工200人左右，有设备三四十台，1949年6月改为北平机器总厂的第一分厂。
1946年（民国三十五年），第四修械所、第七修械所并入第三修械所。
1949年6月21日，华北机器制造公司通知：“奉华北人民政府公营企业部指示，决定胡光为华北机器制造公司北平机器总厂厂长。原武管会及其所属各厂、原北平第一机器厂均直接受北平机器总厂领导，并于6月21日正式到职办公。所属各单位立即办理交接手续。”
华北机器制造公司北平机器总厂于1949年7月1日发布公告：“奉华北机器制造公司命令，本厂于1949年6月30日成立。原北平武管会及其所属各修械所、北平第一机器厂统交本厂管理。并决定北平第一机器厂（原第六修械所）为北平机器总厂；原第一修械所为本厂所属第一分厂；原第八修械所为第二分厂；原第三修械所为第三分厂。”该总厂共有职工1374名，有设备113台，厂址在北平市安定门内方家胡同11号。
1950年6月1日，中央重工业部机器工业局决定，将华北机器制造公司天津实验示范工厂并入北京机器总厂。同时决定在北京建设一个大型的机械厂，厂址在建国门外豫王坟，开始建设一个6000平方米的铸工车间。
1950年7月破土动工，第二年10月建成，竣工面积6000平方米，完成投资35万元（折合为新币）。1950年8月，重工业部决定，将北京机器总厂改名为北京机器厂。
从1951年起，北京机器厂进行技术改造，在第一个五年计划期间是机床工具行业重点技术改造厂之一。
1951年9月30日，该厂克服了一系列困难，仿制成功一台重18吨的人字齿轮铡齿机，向国庆献礼。
1952年5月，全国机器专业会议确定，北京机器厂的产品方向为机床制造，并开始试制仿苏6H82万能铣床。从此，该厂从生产零星产品转向生产专业产品，从生产一般机械转向生产精密机床。
1953年7月1日，北京机器厂划分为北京第一机床厂和北京第二机床厂。北京第一机床厂的产品方向为万能铣床，隶属第一机械工业部第二机器工业管理局。当时该厂占地面积24361平方米，建筑面积13080平方米，有职工597人，有设备112台，年产万能铣床31台，工业总产值186万元。
1953年10月，经第一机械工业部批准，在北京市朝阳区建国门外豫王坟建设新厂。
1954年1月，北京第一机床厂新厂筹备处成立。1955年进行初步设计，生产规模为年产万能铣床2510台、13227吨，基本建设投资为5222万元。1956年开始全面施工，当年建成三联、四联厂房和办公楼。
1957年3月，第一机械工业部第二机器工业管理局通知：北京铣床厂（北京第三机床厂）停建，与北京第一机床厂合并生产，并将基本建设投资削减为4339万元。
1958年3月，北京第一机床厂与正在建设的北京第三机床厂正式合并，并迁至建国门外大街4号新厂址。新厂址占地面积303334平方米，建筑面积101853平方米。
1958年7月，第一机械工业部通知，将北京第一机床厂下放到北京市，由北京市第三地方工业局管理。
1958年8月，该厂重新提出扩建任务书，计划将生产规模扩大为年产中型铣床4880台、15826吨，年产重型机床192台、16806吨，再增建一个重型铸工车间、重型锻工车间，全部投资1．2亿元，经第一机械工业部和国家计委批准实施。
1959年5月，在北京第一机床厂成立北京铣床研究所，负责研究、规划全国铣床设计、生产等事宜，并开始自行设计铣床。同年，该厂39800平方米的重型车间厂房建成投产。该车间共有6跨，主跨36米，副跨为24米、18米，长246米，宽158米，单台吊车起重能力为100吨，能加工、装配重600吨的超重型龙门铣床。到1959年底，北京第一机床厂占地面积为532823平方米，建筑面积108706平方米，职工人数6178人，生产设备594台，提前41天完成万能铣床25个品种、1200台，工业总产值4070万元。
从1950年至1959年，该厂共完成基本建设投资3500万元，新建了6万平方米的新厂房。
1960年该厂自行设计、试制成功我国第一台X5210型圆工作台铣床和X212型龙门铣床。同年，该厂重型铸造车间等七大工程开工建设。1961年，根据缩短基本建设战线的方针，停止了重型系统工程的建设。
1962年2月，北京第一机床厂隶属关系又改为一机部直属企业。这年，该厂完成万能铣床985台，并开始出口铣床。
1965年5月，第一机械工业部决定，将该厂一分为二，一部分迁入四川自贡长征机床厂，这个厂的650名职工和154台设备均由北京第一机床厂负责，计划于1966年6月份投产。
从1968年开始，北京第一机床厂先后改造了老铸造车间，扩建了重型加工装配车间，新建了重型铸造车间和一些填平补齐的项目。
1969年，该厂占地面积436346平方米，建筑面积161589平方米，职工人数4815人，主要生产设备1058台，年产各种铣床2454台，第一次超过了2400台的设计能力，重型铣床的生产能力提高到100台，工业总产值4754万元。
1972年，北京第一机床厂下放到北京市机械工业局主管。
70年代北京第一机床厂研制铣床的技术日趋成熟，先后研制出我国第一台XKD2012/13型三座标数控龙门移动式铣床、我国第一台XK4860型五坐标数控螺旋桨铣床、我国第一台X9721型转子槽铣床和X2150型龙门镗铣床等。其中数控螺旋桨铣床1979年获北京市科技成果一等奖。
在70年代里，该厂完成了龙门铣床产品系列的更新设计，先后发展了工作台宽800～3200毫米全系列龙门铣床产品，并开始大批生产数控铣床。
1978年，该厂对生产了20多年的升降台铣床进行了结构及性能改进，设计出“A”系列新型铣床。
进入80年代，该厂铣床产品质量稳步提高。X62W万能铣、X63W万能铣和X52K立铣，均获1980年北京市“优质产品”称号，并分别获一机部1980年和1981年“信得过产品”称号。
1981年，该厂研制成功我国第一台四坐标数控龙门架移动铣床。
从1981年到1984年，该厂先后与日本日立精机达成K型升降台铣床合作生产协议；与联邦德国瓦德里希·科堡机床制造有限公司签订了10年合作生产技术引进协议；同时与香港苏山多集团合资购买了美国“好多”数控机床有限公司，由该厂派人员经营，并为该公司生产MVC系列加工中心提供主机，成为我国机械行业第一家在海外经营的企业。
1985年，该厂试制成功XHK756－1、XHK756－2型卧式加工中心和XHK716型立式加工中心机床。
1986年9月，该厂完成了与联邦德国瓦德里希·科堡公司合作生产的我国第一台具有世界先进水平的20－10FP500NC型超重型数控龙门镗铣床，填补了我国制造超重型数控龙门镗铣床的空白。
1988年，XK5040－1型立式数控镗铣床荣获国家银质奖；XA6132A型万能升降台式铣床荣获机电部优质产品奖；XA6132A、XA6132型万能升降台式铣床和XA5032型立式升降台铣床荣获北京市优质产品奖。为了扩大北京市“拳头”产品———铣床的生产，1989年1月北京探矿机械厂、北京机械铸锻厂并入该厂。通过“六五”、“七五”技术改造，该厂自筹资金7000万元，进行了大规模的技术改造，扩建了厂房，增添了设备，使该厂具备了一流的加工手段，一流的装配环境，在先进工艺和科学管理的基础上，实现了多品种、技术密集型铣床的批量生产，并使升降台铣床达到了世界上70年代末和80年代初水平。其中：数控铣床达到80年代末水平，床身式铣床和加工中心系列部分产品已达到80年代和90年代先进水平；龙门镗铣床系列除普通龙门铣床为国际80年代初水平外，数控龙门镗铣床、定梁数控龙门仿形镗铣床、桥式数控龙门镗铣床、五面体加工中心等机床都达到了当代国际先进水平。
1990年，北京第一机床厂已发展成为一个总厂、两个分厂。总厂厂址在北京建国门外大街4号，重型铸造分厂厂址在北京建国门外郎家园98号；探矿分厂厂址在北京市通县半壁店大街9号；全总厂占地面积674910平方米，建筑面积443587平方米，职工总数9001人，其中：工程技术人员950人（高级工程师125人、工程师294人），拥有设备2288台，其中精大稀设备263台、部管设备8台，固定资产（原值）18794万元；历年铣床品种389个，当年品种50个，工业总产值278861万元。
从1991到1998年，该厂通过“八五”、“九五”技术改造，把重点放在引进先进技术和设备，提高数控铣床、加工中心的生产上，进一步提高了产品质量，突破了传统结构，扩大了生产能力，提高了国产化率，使产品在可靠性上有了长足的进步。1995年，北京第一机床厂被评为北京市工业系统“双十佳”企业。
1998年底，北京第一机床厂厂址为北京市朝阳区建国门外大街4号，所属分厂有铸造一分厂、铸造二分厂、重大分厂、中小分厂、齿轮分厂、加工分厂、中型产品分厂、北京探矿机械分厂等13个分厂，共有占地面积702127平方米，建筑面积452287平方米，职工人数4601人，其中工程技术人员1182人，拥有设备1871台，其中精大稀设备252台，数控机床32台，固定资产原值51522万元，年产金属切削机床900台，工业总产值15007．5万元，为大型一类企业，是国家机械电子工业部和北京市定点生产铣床的专业制造厂，是国家机械电子工业部的骨干企业之一，是全国最大的铣床生产基地。该厂主导产品无论从技术水平上、质量上、数量上在全国铣床行业中都处于领先地位。该厂产品X62W型中型铣床、X2010C型、X2012C型龙门铣床（重型）被评为北京市和机械工业部优质产品。该厂产品销往全国各省、市、自治区，远销世界上50多个国家和地区。
2002年北京第三机床厂并入北京第一机床厂。
2002年7月，与日本大隈株式会社合资成立了北一大隈(北京)机床有限公司。
2004年6月，与日本精机设计公司合资设立了北一精机（北京）设计公司。
2005年北京第一机床厂全资收购德国阿道夫·瓦德里希科堡机床厂有限两合公司。后更名为瓦德里希科堡机床厂有限公司。
2006年8月，与法国Fabricom公司合资成立了北京北一法康生产线有限公司。
2010年12月，北京第二机床厂有限公司、北京机电院机床有限公司并入北一。
2011年7月，与韩国DSK公司共同出资成立了北一德思凯机床工程技术公司。
2011年11月，成功并购世界著名的五轴机床制造企业C.B.Ferrari公司。
据最新统计，全国包括台湾省在内的各个行业几乎都覆盖着北一的机床产品。
北一曾经得到党的三代领导人的关怀。
北一曾经为国家输送了许多专业技术人才和党的领导干部。
开国领袖毛泽东主席的长子毛岸英，时任北一厂党总支书记，后赴抗美援朝前线牺牲在朝鲜。叶剑英元帅的长子叶选平同志从苏联留学回国后一直到文革中期解放调出，都在北一长期工作。还有顾衿迟、张健民，以及各行业司局级领导岗位上的干部举不胜举.
