Toisella vuosituhannella eKr. ilmestynyt puusorvi oli koneen varhaisin prototyyppi. Astu työskennellessäsi köyden alapäässä olevaan holkkiin, käytä oksan joustavuutta saadakseen työkappaleen pyörimään köyden mukana, pidä kuoresta tai kivilastusta työkaluna ja liikuta työkalua sälettä pitkin leikkaamaan työkappale. Keskiaikaiset elastiset tankosorvit käyttivät edelleen tätä periaatetta. Mainos artikkelin sisällä
1500-luvulla kellojen ja aseiden valmistuksen tarpeesta johtuen ilmestyi kellosepäille kierresorvit ja hammaspyöränkäsittelykoneet sekä vesikäyttöiset piippuporauskoneet. Noin 1500 italialainen Leonardo da Vinci piirsi käsitteellisiä luonnoksia sorveista, porakoneista, kierteityskoneista ja sisähiomakoneista, mukaan lukien uusia mekanismeja, kuten kammet, vauhtipyörät, kaulan kärjet ja laakerit. Kiinassa Ming-dynastian aikana julkaistu "Tian Gong Kai Wu" sisältää myös hiomakoneen rakenteen, joka käyttää jalkapoljinta rautalevyn pyörittämiseen ja lisää hiekkaa ja vettä jaden leikkaamiseen.
1700-luvun teollinen vallankumous edisti työstökoneiden kehitystä. Vuonna 1774 brittiläinen Wilkinson keksi tarkemman tynnyriporauskoneen. Seuraavana vuonna hän käytti tätä tynnyriporauskonetta sylinterien poraamiseen, jotka täyttivät Wattin höyrykoneen vaatimukset. Suurempien sylinterien poraamiseksi hän rakensi vuonna 1776 vesipyörävetoisen sylinteriporauskoneen, joka edisti höyrykoneen kehitystä. Siitä lähtien työstökonetta on käytetty höyrykoneella yläakselin läpi.
Brittiläinen Maudsley loi vuonna 1797 ruuvikäyttöisellä työkalunpitimellä varustetun sorvin, jolla voidaan toteuttaa moottoroitu syöttö ja kierteen sorvaus, mikä on suuri muutos työstökoneen rakenteessa. Maudsley tunnetaan myös "Britannian työstökoneteollisuuden isänä".
1800-luvulla tekstiili-, voiman-, kuljetuskoneiden ja aseetuotannon edistämisen ansiosta erilaisia työstökoneita ilmestyi peräkkäin. Vuonna 1817 brittiläinen Roberts loi portaalihöylän; vuonna 1818 amerikkalainen Whitney teki vaakasuuntaisen jyrsinkoneen; vuonna 1876 Yhdysvallat valmisti yleismaailmallisen lieriömäisen hiomakoneen; vuosina 1835 ja 1897 hän keksi hammaspyörän hobbing-koneen ja hammaspyörän muotoilijan.
Sähkömoottorin keksimisen myötä työstökone alkoi käyttää sähkömoottoria keskitetysti ajamiseen ja sitten laajalti yhden sähkömoottorin käyttö. 1900-luvun alussa luotiin peräkkäin koordinaattiporauskoneita ja kierrehiomakoneita työkappaleiden, kiinnikkeiden ja kierteitystyökalujen tarkempaa käsittelyä varten. Samaan aikaan massatuotannon tarpeisiin autoteollisuudessa, kuten autoteollisuudessa ja laakereissa, on kehitetty erilaisia automaattisia työstökoneita, kopiokoneita, yhdistettyjä työstökoneita ja automaattisia tuotantolinjoja.
Elektroniikkatekniikan kehittyessä Yhdysvallat kehitti ensimmäisen numeerisesti ohjatun työstökoneen vuonna 1952; Vuonna 1958 se kehitti koneistuskeskuksen, joka voi automaattisesti vaihtaa työkaluja moniprosessikoneistukseen. Sittemmin työstökone on elektroniikkatekniikan ja tietotekniikan kehityksen ja soveltamisen myötä kokenut merkittäviä muutoksia ajotavoissa, ohjausjärjestelmissä ja rakenteellisissa toiminnoissa.