机器生产的工厂制大工业发展到一定程度，必然要求机器本身的生产革命化，即建立机器制造业。机器制造业的建立是经历了一个过程的。最先投入使用的一批纺织机器，几乎全是木制的手工产品，或是由使用人自行制造，或是由钟表匠、木匠和工具制造匠为使用人定制，甚至蒸汽机最早也不是由波尔顿—瓦特商号制造的。他们只提供图纸，监督生产。由此可见，工业革命开始时虽有机器生产，但尚无真正的机器制造业。
手工生产木制机器有着本身无法克服的缺陷：成本很高，产量有限，转速不匀，容易磨损，构造简单，功效不高。上述缺陷是由手工方法与木料相适应、相结合而造成的。因此，要从根本上克服那些缺陷，必须从建筑材料、制作方法以及加工工具三个方面进行改革。随着冶铁业的发展，人们逐步开始以铁代替木材来生产机器零件，工厂越来越多地使用金属设备。威尔金森提供的优质汽缸，保证了瓦特改良蒸汽机的成功。铁器零件和设备的应用，必然要求制造方法和工具的改革。铁取代木材，增加了机器材料的硬度，而机器构造的日益复杂则要求零件的精确性和标准化。对此，原有的手工方法及所用的工具已无法满足需要。“大工业必须掌握它特有的生产资料，即机器本身，必须用机器来生产机器。这样，大工业才能建立起与自己相适应的技术基础，才得以自立。” 1770年前，波尔顿曾经制成了几部碾压机和车床，但因以水力推动，功率不大，缺乏实用性。这说明，机器制造业同样需要解决动力机械化问题。
此后，一系列的机器工具相继出现。1789年—1794年，木匠布拉默和他的助手亨利·莫兹利对重型螺纹切削机床进行了改进。1810年前后，莫兹利应用滑动原理发明了滑动刀架，使切削机得到重大改进，解决了制造精密圆柱体和螺丝的技术难题。后来，理查德·罗伯茨在改造凿穴机的基础上制成了钻孔机和切削机。1821年，几位工程师制造出一部金属刨，后来，罗伯茨又做了改进，使它的形式固定下来。1830年前后，罗伯茨首次制造标准型板用以复制机器零件。19世纪30年代，约瑟夫·惠特沃斯制成了新的计量工具，改进了计量工作，使工程能够达到相当高的精确程度。随着机器工具的发明和应用，一些机械商号相继出现。它们借助于工具机生产机器，并且逐步生产出可以替换的机器部件。这表明，机器制造在向独立的工业部门发展的过程中又迈出了重要一步。不过，机器制造要成为一个得以自立的工业部门，还有赖于动力的机械化。1839年，纳斯密兹发明蒸汽锤。它的锤击力不仅大大加强，而且可以调整以适合各种需要，因而具有很强的实用性。这种锤特别适合于造船厂和其它大型机器制造厂。它促进了锻造技术的改革，有了它就能生产出安全可靠的远洋轮船主轴和制造机车。另外，工程师们还制造出了结构较为复杂的锻造机，用以锻造纺纱机的纱锭、螺栓、锉刀等机器零件和金属工具。1848年，罗伯茨发明镗床。随着一系列工具机的发明应用，各种形状的金属加工不仅日益精确和标准化，而且能进行配套生产。于是，到 19世纪40年代，一个完整的、独立的工业部门——机器制造业开始发展起来。机器制造业的建立，实现了机器本身的变革，从而为机器大工业生产最终在整个国民经济中占据主导地位打下了坚实的基础。正是在机器制造业发展的基础上，工业革命才最终得以完成。