ออโตมาตาที่ทำงานครบสมบูรณ์รุ่นแรกเกิดขึ้นเมื่อประมาณ ๒๕๐ ปีก่อนคริสตกาล (พ.ศ. ๒๙๓) โดยทซิบิอุส (Ctesibius of Alexandria) นักคณิตศาสตร์และนักประดิษฐ์ชาวกรีก ได้ประดิษฐ์นาฬิกาน้ำที่เรียกว่า เครปไซดรา (Clepsydra) ซึ่งบอกเวลาโดยระดับน้ำ และใช้หลักการของกาลักน้ำอยู่ตลอดเวลา ทำให้นาฬิกาน้ำสามารถทำงานได้ใหม่โดยอัตโนมัติ
ในช่วง พ.ศ. ๕๔๓-พ.ศ. ๖๔๓ เฮรอน (Heron of Alexandria) นักคณิตศาสตร์และนักประดิษฐ์ชาวกรีก ได้สร้างอุปกรณ์ขึ้นมามากมาย หนึ่งในนั้นคือ อุปกรณ์ที่ขับเคลื่อนด้วยไอน้ำ (Aeolipile) หรือเครื่องจักรเฮรอน ซึ่งถือเป็นเครื่องจักรไอน้ำตัวแรกของโลก
ใน พ.ศ. ๑๗๔๙ อัล-จาซารี (Al-Jazari) นักประดิษฐ์มุสลิมชาวอิรัก ได้ออกแบบเรือที่มีวงดนตรีหุ่นกลนั่งเล่นดนตรีอยู่ข้างใน ๔ ตัว เพื่อถวายความบันเทิงแก่แขกของเชื้อพระวงศ์ โดยการขับเคลื่อนของหุ่นกลนั้นใช้พลังงานจากน้ำ และสามารถปรับเปลี่ยนจังหวะการทำงานของหุ่นตีกลอง เป็นเสียงดนตรีได้หลายจังหวะ โดยการย้ายหมุด ไปยังตำแหน่งที่แตกต่างกัน
ใน พ.ศ. ๒๒๘๐ ชากส์ เดอ ฟูคอนซอน (Jacques de Vzucanson) นักประดิษฐ์ชาวฝรั่งเศส ได้สร้างหุ่นยนต์เป่าฟลุต (Flute Player) ที่เป่าฟลุตออกมาเป็นเพลงอย่างไพเราะได้ถึง ๑๒ เพลง โดยมีการขยับนิ้วมือที่ทำด้วยไม้ และมีปอดเทียม ในการขับลมมาเป็นฟลุต และในอีก ๒ ปีถัดมา ชากส์ เดอ ฟูคอนซอน ได้สร้างหุ่นยนต์เล่นแทมบูรีน (Tambourine Player) และหุ่นยนต์เป็ด (Digesting Duck) ที่มีกลไกเคลื่อนไหวกว่า ๔๐๐ ชิ้น สามารถที่จะขยับปีก แสดงท่าทางการกิน การย่อย (บดเมล็ดพันธุ์พืช) และการขับถ่ายได้ ซึ่งถือว่า เป็นหุ่นยนต์ยุคใหม่ที่สามารถทำงานได้จริงเป็นตัวแรกของโลก
หุ่นยนต์เคลื่อนที่ได้ตัวแรกของโลกเกิดขึ้นในช่วงสงครามโลกครั้งที่ ๒ (พ.ศ. ๒๔๘๒-พ.ศ.๒๔๘๘) ในรูปแบบของระเบิดบิน (flying bomb) ที่มีความฉลาด โดยอาศัยอุปกรณ์ตรวจรู้หรือเซ็นเซอร์ (sensor) เป็นตัวควบคุมการจุดระเบิด
ในช่วง พ.ศ. ๒๔๙๑-พ.ศ. ๒๔๙๒ วิลเลียม เกรย์ วอลเทอร์ (William Grey Walter) ชาวอเมริกัน สร้างหุ่นยนต์อัตโนมัติ ที่มีรูปร่างคล้ายเต่า เรียกว่า แมคินา สเปคูลาทริกซ์ (Machina Speculatrix) ชื่อ “เอลเมอร์” (Elmer) และ “เอลซี” (Elsie) โดยสร้างจากมอเตอร์ไฟฟ้า มีล้อ ๓ ล้อ สำหรับใช้ในการเคลื่อนที่ และมีอุปกรณ์ตรวจรู้แสง หุ่นยนต์ทั้ง ๒ ตัว มีระบบการทำงาน ที่กำหนดให้วิ่งเข้าหาแสง และมีความสามารถเคลื่อนที่หลบสิ่งกีดขวาง