Modelo do Cavaleiro mecânico de Leonardo, baseado nos desenhos de da Vinci, exposto na cidade de Berlim em 2005.
Dentre as idéias mais antigas que se conhecem sobre dispositivos automáticos, ou autômatos, data de 350 A.C., a criada pelo matemático grego Arquitas de Tarento, amigo de Platão. Ele criou um pássaro de madeira que batizou de “O Pombo”. O pássaro era propulsionado por vapor e jatos de ar comprimido tendo, para muitos, mais méritos de ter sido a primeira máquina a vapor do que a inventada por James Watt.
No ano 60, o matemático e engenheiro Heron de Alexandria construiu um triciclo de movimento independente e programável, acionado pela força um peso em queda. O "programa" consistia em cordas enroladas ao redor do eixo.[10] O cientista da computação Noel Sharkey aponta este triciclo como o primeiro robô programável da história.[10] Uma moderna réplica do veículo funcionou perfeitamente, provando que o invento não fora apenas especulação teórica ou fruto da imaginação de Heron.[11]
O primeiro projeto documentado de um autômato humanoide foi feito por Leonardo da Vinci por volta do ano de 1495. As notas de Da Vinci, redescobertas nos anos 1950, continham desenhos detalhados de um cavaleiro mecânico que era aparentemente capaz de sentar-se, mexer seus braços, mover sua cabeça e o maxilar. O projeto foi baseado em sua pesquisa anatômica documentada no Homem Vitruviano. Não é conhecido se ele tentou ou não construir o mecanismo (veja: Cavaleiro mecânico de Leonardo).
O primeiro autômato funcional foi criado em 1738 por Jacques de Vaucanson, que fez um androide que tocava flauta, assim como um pato mecânico que comia e defecava. A história "The Sandman" de E.T.A. Hoffmann traz uma mulher mecânica semelhante a uma boneca, e "Steam Man of the Prairies", de Edward S. Ellis (1865) expressa a fascinação americana com a industrialização. Uma onda de histórias sobre autômatos humanoides culminou com a obra "Electric Man" (Homem Elétrico), de Luis Senarens (1885).
Uma vez que a tecnologia avançou a ponto de as pessoas preverem o uso das criaturas mecânicas como força de trabalho, as respostas literárias ao conceito dos autômatos (robôs) refletiu o medo dos seres humanos, de serem substituídos por suas próprias criações. Frankenstein (1818), de Mary Shelley, muitas vezes considerado o primeiro romance de ficção científica, se tornou sinônimo deste tema. Quando a peça de Čapek RUR (1921) introduziu o conceito de uma linha de montagem que utilizava robôs para tentar construir mais robôs, o tema recebeu uma conotação econômica e filosófica, posteriormente propagada pelo filme clássico de Fritz Lang Metropolis (1927). Porém, na década de 1940, o engenheiro químico Isaac Asimov começou a escrever diversas obras sobre robôs domésticos educados e fieis ao ser humano, onde grande parte do temor do domínio das máquinas (mecânicas) foi afastado parcialmente. Mas, os populares Blade Runner (1982) e The Terminator (1984) são ícones deste temor. No século XXI, com os robôs se tornando mais reais e perspectiva do surgimento de robôs inteligentes, uma melhor compreensão das interações entre os robôs e o homens é abordada em filmes modernos como A.I. (2001) de Spielberg e Eu, Robô (2004) de Proyas.
Muitos consideram o primeiro robô, segundo as definições modernas, como sendo o barco teleoperado, similar a um ROV moderno, inventado por Nikola Tesla e demonstrado em uma exibição no ano de 1898 no Madison Square Garden. Baseado em sua patente 613 809 para o "teleautomation", Tesla desejava desenvolver o "torpedo sem fio" para se tornar um sistema de armas para a marinha estadunidense.
Nos anos 1930, a Westinghouse fez um robô humanoide conhecido como Elektro. Ele foi exibido no World's Fair de 1939 e 1940.
O primeiro robô autônomo eletrônico foi criado por Grey Walter na Universidade de Bristol, na Inglaterra, no ano de 1948.