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19世紀には、最初の鉄道機関車は蒸気によって動力を与えられ、通常は石炭を燃やすことによって生成されました。蒸気機関車には1つ以上の蒸気機関が含まれているため、「蒸気機関」と呼ばれることもあります。蒸気機関車は第二次世界大戦後まで最も一般的なタイプの機関車のままでした。米国では、マティアスボールドウィンは、商業用の静止した蒸気機関の構築を開始し、1830年までに、蒸気機関車を生産する独自のワークショップを開きました。ボールドウィン・ロコモティブ・ワークスは1900年代初頭までに世界最大となり、ダルース、ミサベ、アイアンレンジ鉄道の2884年の「イエローストーン」として、史上最も強力な蒸気機関車を建設しました。最初の蒸気機関車はリチャード・トレビシックによって建てられました。蒸気機関車の設計が経済的に実用的になる前に、それは数年だったが、それは1804年2月21日に最初に実行されました。蒸気機関車の最初の商業的使用は、1812年にリーズの狭軌ミドルトン鉄道のサラマンカでした。1855年に建造された機関車フェアリークイーンは、インドのデリーとアルワールの間を走り、世界で最も古い蒸気機関車であり、世界で最も古い蒸気機関車であり、本線で動作する最も古い蒸気機関車です。
蒸気機関車の常時速度記録は、英国のLNERのLNERクラスA4 4-6-2太平洋機関車によって保持され、6台のキャリッジ(プラスダイナモメーター車)を引っ張った4468マラードは、1938年7月3日にストーク銀行を下るわずかな下り坂の勾配で時速126マイル(203km/h)に達しました。ドイツの空力旅客機関車はこれに非常に近い速度を達成し、ランニングギアのバランスと潤滑が困難なため、これは一般的に直接結合蒸気機関車の実用的な限界に近いと考えられています。
20世紀半ば以前は、電気・ディーゼル電気機関車が蒸気機関車の交換を始めました。蒸気機関車は、より近代的なディーゼルや電気機関車よりも効率が悪く、動作とサービスにはるかに大きな人材が必要です。ブリティッシュ・レールの数字は、蒸気機関車の乗組員と燃料補給のコストはディーゼル電力の約2.5倍であり、達成可能な毎日の走行距離ははるかに低いことを示しました。特に第二次世界大戦後の人件費が上昇するにつれて、非蒸気技術ははるかに費用対効果が高くなりました。[引用が必要]1960年代の終わりまでに、1970年代には、ほとんどの西洋諸国は完全に旅客サービスで蒸気機関車を置き換えました。貨物機関車は一般的に後で交換されました。ガスタービンを搭載した機関車などの他の設計は実験されていますが、主に燃料費の高さのためにほとんど使用されていません。
20世紀の終わりまでに、北米と西ヨーロッパ諸国でまだ定期的に使用されている唯一の蒸気発電は、主に「鉄道ファン」または「鉄道愛好家」として知られる観光客や鉄道愛好家を対象とした遺産鉄道でしたが、ドイツのいくつかの狭いゲージラインは、公共交通機関の一部を形成し、一年中の時間表に走り、一年中蒸気を保持しています。蒸気機関車は1970年代後半までメキシコの一部で商業的に使用されたままでした。蒸気機関車は、石炭がディーゼル燃料の石油よりもはるかに豊富な資源である中華人民共和国で2004年まで定期的に使用されていました。インドは1980年代に蒸気機関車から鉄道やディーゼル車に切り替えました。一部の山岳地帯および高高度の鉄道線路では、蒸気機関はディーゼルエンジンよりも空気圧の低下の影響を受けにくいため、使用されたままです。[引用が必要]蒸気機関車は1990年代後半まで南アフリカで日常的な乗客の使用にとどまっていましたが、現在は観光列車に予約されています。ジンバブエでは、蒸気機関車はブラワヨ周辺のシャント業務や一部の定期貨物サービスに依然として使用されています。
2006年より、DLM AG(スイス)は新型蒸気機関車の製造を継続。