1840年鸦片战争后，西方资本主义入侵中国,在中国设立工厂,是中国近代工业之始。这时期的外资工业主要是为外商对华贸易服务的。从1843～1894年,外国在华一共设立了191个工业企业,其中116个属于船舶修造业和丝茶等出口商品加工工业。外国在华工业投资，据估计到1894年止约近2000万元，而投放到船舶修造和出口加工两项的便达1500万元，占总投资额的75%。其余75家工厂分别属于印刷、食品加工、水、电、煤气、火柴、肥皂、制药、造纸、木材、玻璃、水泥等行业，共拥有资本约500万元，大多规模狭小。
外国在华创办工业后20余年，清政府开始创建用机器生产的工业。从1861～1894年，清政府一共经营了21家军用工厂（包括一家船厂），所费资金从低估算在5000万两左右。其中江南制造总局、福州船政局、天津机器制造局和湖北枪炮厂，规模较大，设备比较齐全，是中国近代工业创建时期的大型工厂。
1865年（同治四年），江南制造局与金陵制造局相继建立，南方军火生产发展较快。清政府为考虑军火生产布局，决定在北方建立新式军火生产工厂。总理各国事务衙门恭亲王爱新觉罗·奕訢于1866年8月提出在京城或天津设立机器局，这与兵部会议提出在天津设局的主张一致。1866年10月6日，奕欣正式奏请朝廷在天津设局，以制造外洋军火，并提出由三口通商大臣祟厚负责筹划，这一奏议得到朝廷批准。
军火机器总局东西两局开办经费共耗银48．3万余两，其中，东局为38．8万余两，西局为9．5万余两。这些经费，经祟厚上奏，朝廷批准，由津海关和东海关的四成洋税开支。厚委任英国人密妥士筹备建局事项，并拨给8万银两在英国购买制造火药和铜帽机器。1867年3月在天津城东贾家沽道购地2230亩，5月正式开局，初名军火机器总局。按照建厂计划，经过一段准备工作后，动工兴建机器总局的火药局（通称东局）。外国购买的机器到达后，即陆续安装。1870年8月东局建成，局内安装制造火药和铜帽机器，当年开工生产，日碾黑色火药140—180公斤。
在东局筹备期间，直隶练兵急需劈山炮和开花炮。若等待东局建成后制造，缓不济急。祟厚提出在天津设专局制造，经清廷批准。祟厚委任英国人戈登、薄郎等购机建局。1867年9月，在天津城南海光寺动工兴建西局（亦称南局），这是军火机器总局的一个分局，局内设铸铁、锯木、金工、木工4厂，雇用当地工人50余名，1868年，西局开工生产，铸造出450磅子重铜炸炮，还制造出炮车和炮架。西局还承担东局的修配任务，到东局建成时，西局已铸造炮位、轮船机器零件等7000余件。
李鸿章上任不久，撤换了总办密妥士，任命湖北补用道沈保靖为总办。撤销了西局，把西局的铸铁厂并到东局，并对东局进行扩建。新购进三套洋药碾，新建了三所碾药厂，对原有淋硝、磨磺、烧炭等制造问也增添了设备，扩大制造能力，以适应新旧四个药厂的生产。经过扩建，黑色火药日产提高到900余公斤。这一时期，还兴建了铸铁、熟铁、锯木等厂和新机器房，并在蒲口购地59亩，新建火药库三座。
1875年（光绪元年），增添了火药生产品种，新建了饼药厂房，购置了制造饼药机器，试制成供后膛钢炮炮弹装用的六角藕形饼药，同时购进了制造林明敦后膛枪和枪弹机器，把原来的机器房分出一半改建成枪厂。至1878年制造出林明敦枪520支，后因造价过高停止生产。另把铜帽厂分出一半改建成枪弹厂，并新建了锵水、轧制铜板和配造拉火厂房。1876年5月，设立电气水雷局，制造海防需要的各种水雷，并培养制造和使用水雷的技术人员。
自李鸿章接办天津机器局后，几经扩建，品种和产量不断增多。到1877年，产品有：黑色火药、饼药、铜帽、林明敦枪、枪弹、前膛炮弹、后膛镀铅来福炮弹、各式拉火、各式水雷。还生产锵水，轧制铜片和制造机器。由于天津机器局生产不断发展，北京神机营和朝鲜国先后派送员工到局学习制造军火技术，为此机器局专门建立了习艺厂和朝鲜馆。
1881年，天津机器局开始仿制棉药，经过两年时间，仿制成功。为形成生产能力，新建厂房30余间和棉药库一座。1887年，新建栗色火药厂，由外籍工程师约士设计，司图诺负责安装，建有汽炉房、汽机房、分磨房、压药房、筛药房、分药房等厂房。天津机器局除生产军火外，还制作过一些军舰、船舶，包括慈禧太后的游船。特别值得一题的是于1888年建造了中国第一艘潜水艇及第一套舟桥。
为制造海军使用的新式长钢炮炮弹，经李鸿章电请清政府驻英大使，从英国聘请技术人员和购进机器设备。1891年，从英国葛来可力夫工厂购进铸钢机一套，并从格林活厂购进水压机、10吨起重机和车床等设备。1893年，又从英国新南关机器公司购进西门子马丁炼钢炉全套设备，筹建炼钢厂。1895年开始出钢，并铸造钢质炮弹，至1896年，年产炮弹达1200发。1896年，还建立无烟药广，试造无烟药。北洋大臣王文韶，因见天津机器局规模扩大，品种增多，供应各方军火，单以“天津”命名不能反映它的面目，1896年1月27日，经奏准改名北洋机器局。