증기의 열에너지를 기계적인 일로 변환하는 원동기관(原動機關). 보일러로 발생시킨 증기의 압력으로 실린더 속의 피스톤을 움직여, 그 운동으로 동력을 얻는 왕복 운동기관(往復運動機關)을 말한다.

현재는 그다지 쓰이지 않는 산업혁명 이래의 열기관(熱機關)이다.

1699년 영국의 T. 세이버리가 증기 펌프를 실용화한데 이어 1712년 T. 뉴커먼이 처음으로 증기를 사용해 피스톤을 움직이는 대기압기관(大氣壓機關)을 만들었으며, 1765년 J. 와트는 증기를 실린더와는 별도의 방으로 유도해 냉각시켜 물로 만드는 복수기(復水器)라는 장치를 만들었고, 다시 82년경 복수기는 피스톤의 밑에만 연락시키고, 피스톤 위로 보낸 증기를 다시 피스톤 밑으로 보내어 피스톤을 밀어올리도록 한 복동식(複動式)으로 개량했다.

1802년 W. 머독은 와트형의 밸브 일부를 플라이휠에 단 편심륜(偏心輪)으로 움직여지는 간단한 슬라이드 밸브와 증기급배기공(蒸氣給排氣孔)의 조합으로 바꾼 소형의 복동기관(複動機關)을 만들었다

이 형식은 이후 증기기관의 기본형이 되었다. 한편, N. J. 퀴뇨는 1769년에 고압기관을 사용해 포차(砲車)를 끄는 증기자동차를 만들었고, 미국에서는 O. 에반스가 1815년에 14기압의 증기를 사용하는 가관을 만들었으며, 영국에서는 R. 트레비식이 1802년에 10.5기압의 증기를 사용하는 소형의 보일러와 실린더가 일체가 된 증기기관을 만들었다.

트레비식은 1805년에는 수직으로 실린더를 놓고 위에 연접봉이 나와 있는 종래의 형식에 대해, 처음으로 실린더를 수평으로 놓은 기관을 만들었다.

이 방법은 소형의 교통기계용에서부터 대형의 공장용까지 증기기관의 주류가 되었다.

트레비식이 처음으로 증기기관차를 만들고부터 차량용으로도 증기기관이 사용되었다.

1840년 G. 스티븐슨은 크랭크축에 정역회전용(正逆回轉用)의 두 편심륜을 갖고 정지에서 어느 쪽으로도 기관을 회전시킬 수 있는 링크를 만들었다.

41년에는 방향뿐만 아니라 피스톤으로 보내는 증기량도 조절할 수 있도록 개량되어 증기기관차 · 공장 · 발전소 · 선박 등에 사용되었다.

증기를 물이 끓는 온도보다 상당히 높은 온도로 가열한 과열증기도 1925년경부터 사용되었다. 

증기기관의 용도는 점차 증기기관차에만 한정되고 20세기 중엽에는 거의 사용하지 않게 되었다.

이것은 보다 경량 · 소형인 증기 터빈이나 내연기관의 발달에 의한 것이며, 현재는 큰 출력이 필요한 경우에는 터빈, 소출력에는 내연기관이 주류가 되어 있다.

증기기관에는 많은 형식이 있다.

① 증기팽창에따라 ㉠ 1단 팽창기관(single expansion engine) ㉡ 2단 팽창기관(compound expansion engine) ㉢ 3단 팽창기관(thiple expansion engine) ㉣ 4단 팽창기관 (quadruple expansion engine)으로 나누어지고, ② 설치 방법에 따라 ㉠ 수평기관(horizonta1 engine) ㉡ 수직(직립)기관(vertical engine)으로 나누어지며, ③ 복수기의 유무에 따라 ㉠ 불응축기관(noncondensing engine) ㉡ 복수기관(condensing engine)으로 분류되고, ④ 증기의 유통방식에 따라 ㉠ 역류기관(contraflow engine) ㉡ 유니플로 기관(uniflow engine), ⑤ 증기의 분배방식에 따라 ㉠ 슬라이드밸브 기관(slide valve engine) ㉡ 포핏(원뿔형) 밸브 기관(poppet valve engine) ㉢ 콜리스 밸브 기관(Corliss valve engine)으로 분류된다.

증기기관은 다른 열기관에 비해 구조가 간단하고 다루기가 쉬우며 신뢰성이 높고 수명이 매우 길다.

보일러 등에서 만든 고압의 증기를 사용하므로 움직이기 시작할 때의 회전력이 강하고 저속에서도 힘이 강하며 역회전이 쉽다.

그러나 열효율이 나쁘고 회전속도가 작으며, 보일러와 복수기(復水器)가 필요하고 큰 피스톤이 왕복하기 때문에 소형 · 경량화와 대출력을 얻기가 곤란하다.

본체(本體)는 실린더와 피스톤 및 연접봉과 크랭크, 플라이휠로 이루어진다.

피스톤과 연접봉은 직접 연결하지 않고, 피스톤을 평행으로 움직이고 동시에 증기와 공기의 누출을 방지하기 위해 피스톤에 피스톤로드를 붙이는데, 그것은 패킹을 통해 실린더 밖에 있는 크로스헤드와 연결되며, 크로스헤드는 다시 연접봉과 연결되어 있다.

증기는 증기량을 조절하는 조리개 밸브를 지나 증기가 흐르는 방식을 결정하는 증기분배 밸브를 거쳐 실린더로 들어가 피스톤을 움직인다.

증기분배 밸브는 증기의 흐름을 제어하고 급배기공(給排氣孔)을 개폐하는 밸브인데, 슬라이드 밸브 · 드롭 밸브 · 콜리스 밸브의 3형식이 있다.