Plus que l'histoire de tout autre objet technique, celle de l'automobile est complexe, résultant de l'évolution des techniques et des moyens de production, des changements des sociétés et de l'imaginaire populaire. Devenue une industrie de masse, tant par le nombre de ses acteurs que par celui de ses clients, elle n'échappe à aucun moment à l'impact de l'histoire économique et politique du monde. D'où l'impossibilité d'écrire une histoire linéaire uniquement technique et l'obligation de prendre en compte les événements économiques, politiques et militaires qui ont marqué le xxe siècle.

Dès le XVIIe siècle, des tentatives pour développer un mobile autonome ont eu lieu. La plus célèbre et la plus originale est le chariot à réaction de Newton (1680) qui fonctionne suivant le principe de l'action et de la réaction, par déplacement virtuel du centre de gravité. Resté un objet de laboratoire, ce concept est repris depuis les années 1950 par les ingénieurs motoristes de fusées pour développer de nouveaux types de moteurs (moteurs ioniques).

Dès 1672, les expériences d'un chariot à vapeur du Belge Ferdinand Verbiest renferment un grand nombre de propositions qui seront reprises près d'un siècle plus tard par le Français Joseph Cugnot pour mettre au point, en 1769, son « fardier », brancard d'artillerie en bois à deux roues qu'il équipe d'une machine à vapeur (poids : 3 tonnes ; vitesse : 3,5 km/h) actionnant une roue unique installée à l'avant. Particulièrement difficile à diriger, cet engin resté à l'état de prototype, est considéré comme l'ancêtre de l'automobile. Au même moment, en Angleterre, James Watt dépose, en 1769, un brevet de machine à vapeur qu'il appliquera sur un support mobile en 1776. Par la suite, la voiture de l'Anglais Goldsworthy Gurney (1825), le carrosse de l'Italien Pietro Bordino (1854), et, surtout, la Mancelle (1878) du Français Amédée Bollée (père) et le tricycle de l'Italien Pecori (1891) prennent le relais. Ces deux derniers engins, reposant sur des fondements techniques solides, constituent le sommet du savoir-faire de l'époque. Ils comportent déjà les composants définitifs des véhicules à vapeur (compression du gaz à plus de 7 atmosphères, direction souple et légère, moteur à l'avant et propulsion par transmission par chaîne, roues à rayons cerclées d'un bandage en caoutchouc...). La Mancelle fut un succès commercial en Allemagne et en Autriche, mais très accessoirement en France.

La filière de la vapeur, pour un mobile individuel, est surtout prospectée par les Allemands et les Français, les Anglais donnant à cette époque la priorité aux chemins de fer. Amédée Bollée poursuit ses recherches sur l'allègement du véhicule (La Rapide, 1881, atteignant une vitesse maximale de près de 60 km/h), en concurrence avec Léon Serpollet qui produira des engins à vapeur jusqu'à sa mort en 1907. La filière vapeur atteint son apogée lorsqu'une voiture De Dion-Bouton réalise la meilleure performance lors du concours de fiabilité Paris-Rouen en 1894.

Malgré ses succès et son antériorité, la machine à vapeur reste lourde, lente à mettre en route et supporte mal les changements de régimes rapides. À la fin du xixe siècle, aucun progrès prévisible ne permet d'imaginer une amélioration consistante de ses prestations, alors que, dans le même temps, les moteurs à explosion interne et électriques semblent pleins de promesses.

Le moteur électrique relié à une source fixe, déjà fonctionnel au début du xixe siècle, devient mobile après la mise au point d'accumulateurs rechargeables (accumulateurs au plomb, 1859) dérivés de la pile électrique inventée par Alessandro Volta en 1800.

Deux précurseurs ont joué un rôle clé dans le développement du moteur à explosion :

•   Le Belge Étienne Lenoir a mis au point, en 1860, un moteur à deux temps. Celui-ci, fonctionnant au gaz d'éclairage, comporte déjà un composant déterminant : une bougie électrique qui, chargée par un accumulateur, produit l'étincelle qui déclenche l'explosion du gaz.
•   L' ingénieur français Alphonse Beau de Rochas a pris, en 1862, un brevet sur le cycle théorique d'un moteur à quatre temps, transformant l'énergie thermique en énergie mécanique.

Ce sont toutefois les ingénieurs allemands, déjà très engagés dans la production de gros moteurs fixes, qui comprennent, les premiers, les potentialités de développement des moteurs mobiles, légers et performants. Ingénieur chez Deutz A.G. (gros fabricant de moteurs fixes), Gottlieb Daimler étudie, avec Wilhelm Maybach, les possibilités d'allègement du moteur à explosion. Les travaux de l'Allemand Nikolaus August Otto aboutissent au premier moteur à quatre temps tout à fait accompli (1867) qui sera encore amélioré puis commercialisé en Europe à partir de 1876. Après avoir quitté Deutz A.G., Daimler et Maybach fondent leur propre société et réussissent à développer, en 1883, un moteur rapide à quatre temps ne pesant que 80 kilogrammes (à comparer aux 300 kg du moteur Otto). Toutefois sa faible puissance (0,5 ch) n'autorise son application que sur des engins ultralégers, comme des bicyclettes. Parallèlement, Karl Benz, qui a mis au point, dès 1879, un moteur deux temps à allumage électrique, réussit lui aussi à en diminuer le poids et à passer au quatre temps. Il en équipe, en 1886, un tricycle qui est désormais présenté, dans la plupart des musées du monde, comme la première automobile.

La question du premier à avoir développé une véritable automobile est toutefois un sujet sulfureux, faisant l'objet de multiples contestations entre l'Allemagne et la France. Cette discorde trouve ses origines dans les inventions du Français Édouard Delamare-Deboutteville (antérieures à celles de Benz) qui n'a pas su les exploiter jusqu'au bout. Cet inventeur dépose, en effet, en 1884, un brevet pour un « moteur à gaz perfectionné » dont il équipe, avec l'aide de son mécanicien Léon Malandin, un véhicule en bois qui peut, lui aussi, être considéré comme la première automobile, avec un moteur à quatre temps comportant déjà la segmentation des pistons, la distribution par soupapes et l'allumage électrique. Mais, confronté aux irrégularités du fonctionnement du moteur et, surtout, à la casse du véhicule lors des essais, Delamare-Deboutteville renonce à poursuivre ses travaux et se tourne vers d'autres activités.

Daimler et Benz, ayant chacun de son côté mis au point des moteurs légers et fiables, ne peuvent, faute de moyens financiers, en équiper des voitures de petites séries. C'est au constructeur de cycles Émile Levassor qu'il reviendra d'utiliser, le premier, à partir de 1888 et en série, sur des tricycles, des moteurs Benz puis Daimler.

L'ère de l'automobile est désormais définitivement ouverte, Maybach présentant à l'exposition universelle de 1889, à Paris, un quadricycle, bientôt suivi par Peugeot et Panhard & Levassor.

En 1895, la supériorité, en termes de fiabilité et de prestations, du moteur à explosion est définitivement établie lors de la course Paris-Bordeaux-Paris. Émile Levassor franchit le premier la ligne d'arrivée avec une voiture à deux places équipée d'un moteur Daimler-Phenix de 1 210 chevaux. Toutefois, le Phaeton Peugeot conduit par Koechlin est déclaré vainqueur, le premier prix devant être décerné, selon le règlement, à un véhicule à quatre places. Au cours de cette course est présentée une innovation.

Dès la fin du xixe siècle, l'automobile est au point. Toutefois, elle ne s'est pas encore complètement débarrassée des concepts du carrosse hippomobile. En effet, la technique nécessite un conducteur-chauffeur spécialisé, capable de lancer le moteur et de faire preuve d'une certaine force pour diriger le véhicule et changer les vitesses. Il est placé à l'avant, à découvert, alors que le propriétaire et les passagers sont installés dans un habitacle clos, les bagages étant situés dans une malle fixée à l'arrière. Les progrès du démarreur électrique et des boîtes de vitesse, ainsi que ceux de l'entretien effectué par des officines spécialisées vont permettre au propriétaire de devenir aussi le conducteur. Ce dernier, ne voulant pas être exposé aux intempéries, exige une protection et impose la conduite intérieure qui se répandra à partir de 1904. Cette configuration signe la séparation définitive de l'automobile et du fiacre.

En Europe, malgré la volonté de certains constructeurs, comme Peugeot ou Renault, la voiture reste un produit élitiste et coûteux, avec un saupoudrage de marques sur tout le continent. Si tous les pays industrialisés se sont lancés dans l'industrie automobile, les trois plus grands centres de production restent la France, la Grande-Bretagne et l'Allemagne.

En Grande-Bretagne, où aucun grand fabricant n'émerge vraiment, Herbert Austin et Frederick Henry Royce, à la tête de la société Austin & Royce, se séparent. Le premier crée, en 1905, sa propre entreprise qui deviendra ensuite l'une des plus importantes du royaume. Le second s'associe avec Charles Stewart Rolls, ancien agent de Panhard à Londres, pour donner naissance, en 1906, à la société Rolls-Royce dont la Silver Ghost (1907) deviendra la voiture de prestige de l'époque.

En Allemagne, le public n'est pas particulièrement enthousiaste des produits nationaux. En 1905, Benz exporte plus de voitures en France qu'il n'en vend sur le marché allemand.

La France, quant à elle, domine alors l'industrie automobile, fabriquant, en 1907, plus de 25 000 véhicules contre 12 000 en Grande-Bretagne et 5 200 en Allemagne. Cette supériorité, persistant en Europe jusqu'à la Première Guerre mondiale, sera très tôt remise en cause à l'échelle mondiale par les États-Unis où Ford produira, à lui seul, quelque 180 000 véhicules en 1913 – alors que la France n'en fabriquera que 60 000 – et 350 000 l'année suivante. Ce dernier chiffre ne sera atteint par la France qu'au début des années 1950, représentant alors la production totale de ce pays et non celle d'une seule firme.

Le succès de l'industrie automobile américaine, qui s'est manifesté relativement tard, est dû à deux hommes : l'ingénieur Frederick Winslow Taylor et l'industriel Henry Ford.

Grâce au développement de l'industrie de l'armement, mise en place lors de la guerre de Sécession, et à la richesse du pays en ressources naturelles (notamment pétrolières), le capitalisme américain, après avoir investi dans les chemins de fer et la métallurgie lourde, cherche de nouveaux débouchés. L'immigration européenne et asiatique, ainsi que la libération des esclaves, fournissent une masse considérable de consommateurs potentiels et constituent une main-d'œuvre non qualifiée. Taylor invente alors « l'analyse et l'organisation scientifique du travail ». Il décompose toutes les tâches en une suite de gestes élémentaires faciles à effectuer. Il va encore plus loin en optimisant chaque geste, en limitant sa durée par des mesures chronométriques et en améliorant son efficience et son ergonomie.

Ford, qui a compris qu'on se dirige vers une industrie de masse et que ses premiers clients seront ses ouvriers.

Jusqu'en 1914, les industriels de l'automobile, à l'exception de Ford, fabriquent des petites ou moyennes séries. Les nécessités du conflit et la consommation astronomique de munitions imposent dans toutes les industries européennes, et quel que soit l'objet produit, la conversion aux méthodes de Taylor et Ford.

En France, André Citroën et Louis Renault prennent la mesure de ce processus et investissent massivement dans leurs usines automobiles localisées, respectivement, quai de Javel, à Paris, et à Boulogne-Billancourt. Mais le faible revenu des ménages, appauvris par la guerre, limite le marché qui reste encore très élitiste.

En revanche, aux États-Unis, on ne se satisfait plus de la monotonie de la Ford T. Alfred Sloan, directeur puis président de la General Motors (firme qui est en fait un conglomérat de marques), comprend le premier la nécessité de développer au sein de chaque marque une gamme de véhicules : « Une voiture pour chaque rêve et chaque bourse (A car for every wish and every pocket). » Ce sont les difficultés de lisibilité du statut de chaque produit qui le conduisent à l'idée de la distinction par le « design », c'est-à-dire la traduction, dans des formes particulières, d'un discours sociologiquement ciblé. Pour concrétiser ce programme, il crée le département Art & Colors qu'il confie à Harley Earl, premier designer automobile.

La production de grande série laisse encore la place à une offre destinée aux plus aisés et aux gloires du moment, avec les voitures développées par Packard, Lincoln, Duesenberg-Auburn-Cord...

Le rapport de force entre l'Europe et les États-Unis n'a plus rien à voir avec ce qu'il était au début du xxe siècle, ces derniers produisant en 1925 quelque 3 000 000 de véhicules contre 125 000 pour la France, 65 000 pour l'Italie et 25 000 pour l'Allemagne.

Après la crise de 1929, l'industrie automobile américaine se reprend lentement, procédant à des concentrations et diminuant sensiblement ses coûts par appauvrissement des produits d'entrée de gamme. La rencontre de Harley Earl et Raymond Lœwy affirme la prépondérance de la forme sur le contenu mécanique. Toutefois, ce ne sont pas les deux pionniers du design industriel qui révolutionneront le style mais Chrysler en proposant, en 1934, la Chrysler Airflow. Cette voiture, aux formes complètement intégrées (en Europe, Lancia reprendra ce concept en 1936), présente un meilleur coefficient de pénétration dans l'air (Cx) et son mode de production permet de diminuer les coûts à l'emboutissage (moins de pièces) et au montage. Ces avantages se révèlent si déterminants qu'ils seront repris par toute l'industrie automobile.

Face au dynamisme américain, l'Europe reste frileuse en dépit des efforts de Peugeot, Panhard et Renault qui, malgré une production relativement faible, modernisent leurs outils industriels. Ces moyens sont, aux cadences près, d'une technologie équivalente à celle des Américains.

Citroën essaie d'innover en termes de produits avec la traction avant (lancée en 1934), entièrement en acier, pour laquelle il engagera d'énormes investissements dans son usine du quai de Javel. Les effets conjugués de la difficulté de la mise au point de la boîte de vitesses et, surtout, de l'impact de la crise sur une trésorerie engagée à contre-cycle le conduiront à la faillite. La firme est alors reprise en 1935 par la famille Michelin. L'ingénieur André Lefebvre y conçoit (premier prototype 1937) une voiture révolutionnaire par sa simplicité, la 2 CV, qui ne sera produite en série qu'en 1949, le second conflit mondial venant interrompre ce projet. Cette voiture, appelée couramment « deuche » ou « deux pattes », fabriquée jusqu'en 1990, marquera l'histoire de l'automobile.

Malgré le marasme des années 1930, des produits haut de gamme, influencés surtout par l'Art nouveau, sont lancés par Delage (D8), Voisin (C14), Hispano-Suiza (H6B), Bugatti (Royale) ou Delahaye (135).

Alors que la France se cherche entre perfection technique et voitures d'exception, la Grande-Bretagne, devenue premier producteur européen d'automobiles, parvient à lisser les effets de la crise. Sa production, qui avait atteint quelque 182 000 véhicules en 1929, ne baisse que de 15 p. 100 au début des années 1930, grâce à ses débouchés dans les pays du Commonwealth. En effet, la part des exportations britanniques d'automobiles vers ces pays passe de 18 p. 100 en 1931 à 50 p. 100 en 1935. Cependant, par sa dépendance vis-à-vis de concepteurs étrangers et de marchés protégés, la Grande-Bretagne prépare mal l'avenir alors que d'autres nations diminuent leur production mais conservent leur créativité.

L'Allemagne, quant à elle, est en plein bouleversement. À l'industrie classique des Maybach, Horch, Mercedes ou B.M.W. (Bayerische Motorenwerke A.G.), la république de Weimar puis Hitler opposent l'idée d'une voiture populaire. La république de Weimar confie l'étude de ce projet à la société N.S.U. (Neckarsulmer Strickmaschinen Union). C'est Ferdinand Porsche qui en aura alors la charge. Après les échecs de présentation de ce futur véhicule (1934), l'idée est reprise par Hitler en 1936. Dans cette perspective, il impose un plan d'épargne forcée de 5 mark par mois à chaque ménage allemand et crée, en 1937, la Gesellschaft zur Vorbereitung der Deutschen Volkswagen GmbH (société allemande de conception de la voiture du peuple) dont l'usine de Wolfsburg sera dédiée à la production en masse. La Coccinelle, surnom de la Volkswagen, qui signifie « voiture du peuple », ne sera réellement fabriquée qu'après la Seconde Guerre mondiale par Volkswagen.

Dès la déclaration de la Seconde Guerre mondiale, les usines automobiles françaises sont transformées en usines d'armement, fabriquant essentiellement : des chars légers, des moteurs d'avions et des camions. Un mince filet de production de voitures est réservé à l'administration. Après la défaite française de juin 1940, ces véhicules sont essentiellement destinés à l'Allemagne. La production française, qui était de 225 000 véhicules en 1938, tombe à 115 voitures civiles et 2 590 voitures destinées à l'occupant allemand en 1940 pour atteindre les chiffres dérisoires de 55 et 28 en 1944. Ces derniers chiffres s'expliquent surtout par la destruction des outils de production. Le quai de Javel est rasé par les bombardements américains, Boulogne-Billancourt par les Anglais, tandis qu'Émile Mathis fait détruire par l'U.S. Air Force son usine de Strasbourg qui fabriquait alors des avions Junker. L'usine Peugeot de Sochaux, en partie bombardée par les Alliés en 1943 à la demande de la famille, est vidée de ses outils de production l'année suivante par les Allemands en pleine retraite.

De l'autre côté de l'Atlantique, les États-Unis, massivement convertis à l'industrie de guerre, maintiennent toutefois une fabrication civile importante, la main-d'œuvre féminine remplaçant les hommes engagés en Europe et dans le Pacifique. La grande réussite de cette période est celle de la société Willys-Overland qui gagne le concours du General Purpose Vehicle destiné à proposer à l'armée un véhicule tout terrain à usages multiples. La Jeep (nom issu de la prononciation de G.P.), produite à partir de 1941, est un véritable succès.