מנגנון אנטיקיתרה התגלה בתחילת המאה ה־20 במצולות הים, בתוך אנייה יוונית שטבעה ככל הנראה בשנים 100–150 לפנה"ס. המנגנון שימש לפי הסברה להכנת לוח שנה לצורך קביעת מועדי הזריעה והקציר וכן לצרכים דתיים. למנגנון היו בסביבות 30 גלגלי שיניים מברונזה. הטכנולוגיה הזו אבדה, ורק כעבור 1,600 שנים החלו להיווצר מחשבים ברמת תחכום שכזו.
ב־1623 בנה וילהלם שיקארד את המחשבון המכני הראשון ולכן ניתן לראותו כאבי עידן המחשוב. המכונה שבנה עשתה שימוש בגלגלי שיניים שפותחו עבור שעונים. לא ברור אם המכונה אכן עבדה ורוב מה שידוע עליה הוא ממכתבים ששיקארד כתב לידידו, יוהאנס קפלר.
מכונות החישוב הבאות נוצרו על ידי פסקל ב־1642 ועל ידי לייבניץ ב־1671. בשנת 1820 לערך, בנה שארל קסביה תומא דה קולמר את המכונה הראשונה שיוצרה בכמויות גדולות. המכונה כונתה האריתמומטר של תומא והייתה מסוגלת לבצע חיבור, חיסור, כפל וחילוק. המכונה התבססה בעיקר על עבודתו של לייבניץ. מחשבונים מכניים כמו האדיאטור, הקומפטומטר, מחשבון מונרו, הקורטה וה־Addo-X נותרו בשימוש עד לשנות ה־70 של המאה ה־20.
המערכת הבינארית נומרית הוגדרה על ידי לייבניץ כמרכיב חשוב של כל מחשב מודרני. למרות זאת, עד שנות ה־40 של המאה ה־20 תכנונים רבים (ביניהם המכונה של צ'ארלס בבג' מראשית המאה ה־19 ואפילו האניאק משנת 1945) התבססו על המערכת הדצימלית הקשה בהרבה למימוש.
ג'ון נפייר שם לב לכך שפעולות הכפל והחילוק של מספרים ניתנות לביצוע באמצעות חיבור וחיסור של הלוגריתם של מספרים אלה. מאחר שניתן לייצג מספרים ממשיים כמרחק, הרי שסרגל החישוב איפשר ביצוע מהיר מאי פעם של פעולות כפל וחילוק. סרגלי החישוב היו כלי חשוב לדורות של מהנדסים ומדענים עד להמצאת מחשבון הכיס. המהנדסים בתוכנית אפולו שמטרתה הייתה שילוח אדם לירח עשו שימוש נרחב בסרגלי החישוב.
ג'ון נפייר היה צריך לבצע פעולות כפל רבות כדי ליצור את לוחות הלוגריתמים הראשונים. צורך זה הביא אותו לתכנן ולבנות את עזר החישוב שידוע כ"עצמות נפייר".
1801: טכנולוגיית כרטיסי הניקוב.
כבר בשנת 1725 השתמש בסיל בושון בנייר מחורר במכונת אריגה כדי לקבוע את הצורה שתיתפר על הבגדים. באותה שנה שיפר עוזרו, ז'אן בפטיסט פלקון, את התכנון בכך שהשתמש בכרטיסי נייר מחוררים המוצמדים זה לזה. תכונה זו אפשרה החלפה מהירה של "תוכנית". מכונת האריגה של בושון־פלקון הייתה חצי אוטומטית ודרשה הזנה ידנית של התוכנית.
בשנת 1801, ז'וזף מארי ז'אקאר פיתח נול, שנקרא על שמו נול ג'אקארד, שארג דגמים שונים באמצעות כרטיסים מנוקבים. כדי לשנות את הדגם הוחלפו הכרטיסים, ללא צורך בשינוי הנול גופו. חידוש זה היווה אבן דרך בתכנות.
בשנת 1833, עבר צ'ארלס בבג' מפיתוח מנוע ההפרשים לפיתוח מנוע אנליטי המתבסס על כרטיסי הניקוב של ז'אקאר.
בשנות ה־80 של המאה ה־19 פיתח הרמן הולרית' שיטות המאפשרות מיון וסיכום של מידע סטטיסטי המנוקב על כרטיסים, באמצעות מנגנון חשמלי לקריאתם וקיבל פטנט על כך. בשנת 1890, לשכת מפקד האוכלוסין של ארצות הברית השתמשה במכונות מבוססות כרטיסי ניקוב למיון נתונים המבוססות על רעיונותיו של הרמן הולרית' כדי לעבד את תוצאות המפקד של אותה שנה. הדבר איפשר לסיים את עיבוד הנתונים תוך שנה, לעומת שמונה שנים שארך עיבוד הנתונים של מפקד 1880. החברה של הולרית' תהפוך לימים לגרעין של חברת IBM. IBM הפכה את טכנולוגית כרטיסי הניקוב לכלי רב משמעות בתחום עיבוד הנתונים.
מאמריהם של לסלי קומרי ואקרט על שיטות לביצוע חישובים מדעיים מבוססות כרטיסים מנוקבים משנת 1940 תיארו שיטות מתקדמות דיין לפתרון משוואות דיפרנציאליות וביצוע כפל וחילוק עם נקודה עשרונית צפה. כל אלה הושגו תוך שימוש בכרטיסי ניקוב וציוד טבולציה. אגף החישובים האסטרונומיים על שם תומאס ווטסון, באוניברסיטת קולומביה, ביצע חישובים אסטרונומיים שהיו בקצה גבול היכולת של המחשוב באותה תקופה.
בשנות ה־50 של המאה ה־20 נפוץ השימוש בכרטיסים מנוקבים בתעשייה, בממשלה, אוניברסיטאות, ומוסדות רבים שהשתמשו במחשבים.סטודנטים למדעים ולהנדסה באוניברסיטאות רבות בעולם הגישו את מטלות התכנות שלהם כאצוות כרטיסים מנוקבים במרכז המחשבים, כשכל כרטיס הכיל שורת תוכנית אחת. לאחר ההגשה המתין הסטודנט עד שלתוכניתו יוקצה זמן מעבד והיא תעבור הידור ותורץ. בסופו של דבר תדפיס של התוצאות בליווי הנתונים המזהים של המגיש היה מופיע במגש הפלטים שמחוץ למרכז המחשבים. במקרים רבים במקום תוצאות התקבל תדפיס של הודעות שגיאה בנוגע לתחביר של התוכנית. במקרים אלו היה צורך במהלך נוסף של תיקון שגיאות והגשה, וחוזר חלילה.
1835 עד ראשית המאה ה־20: המכונות הראשונות הניתנות לתכנות.
המאפיין של "מכונת טיורינג" הוא היכולת לתכנת את המכונה על ידי החלפת הרצפים השמורים של הפקודות. בשנת 1835 תיאר צ'ארלס בבג' את המנוע האנליטי שלו. זה היה מתווה של מחשב כללי הניתן לתכנות באמצעות שימוש בכרטיסי ניקוב עבור הקלט. מחשב זה הונע באמצעות כוח הקיטור. יחידת החישוב של המחשב עשתה שימוש בגלגלי שיניים. התכנון המקורי של בבג' עשה שימוש בכרטיסי ניקוב כדי לשלוט במכונה שיכולה הייתה לבצע חישובים ולהדפיס טבלאות לוגריתמיות בדיוק רב. הרעיון של בבג' התפתח במהרה למחשב בר־תכנות רב־תכליתי – המנוע האנליטי. התכנון של בבג' היה ככל הנראה נכון אולם הפרויקט הואט בשל אופיו הפולמוסי של בבג' ובשל מגבלות טכנולוגיות בשיטות היצור של התקופה.
עדה לאבלייס בתו של לורד ביירון, תרגמה והוסיפה רישומים ל"טיוטת המנוע האנליטי" שנכתבה על ידי פדריקו לואיג'י. כיום שמה של עדה נשזר רבות בשמו של בבג'. ייתכן שהיא המתכנתת הראשונה בעולם, אולם טענה זו ואף ערכיות תרומותיה שנויות עדיין במחלוקת.
דגם משוחזר של מנוע ההפרשים פועל מאז 1991 במוזיאון המדע (לונדון). לאחר ביצוע שינויים מועטים המכונה פועלת כפי שתוכננה במקור ומוכיחה כי התאוריה של בבג' הייתה נכונה. המוזיאון השתמש בכלים ממוכנים כדי להרכיב את החלקים וניסה לשחזר את הדיוק שמכונאי בתקופה של בבג' היה מסוגל להשיג. טענה נפוצה היא שהטכנולוגיה בתקופת בבג' לא הייתה מספיק מתקדמת על מנת לאפשר יצור רכיבים מדויקים, אולם עובדה זו כנראה שגויה. הכישלון של בבג' להשלים את המנוע שלו קשור לא רק לקשיים פוליטיים וכלכליים אלא גם לרצון לפתח מחשב מורכב יותר.
פרסי לודגייט, מנהל חשבונות מדבלין, אירלנד, הלך בצעדיו של בבג' אולם מבלי שהיה מודע לכך. הוא תכנן מחשב מכני בר תכנות אותו תיאר בעבודתו שפורסמה ב־1909.
1930–1960: מחשבונים שולחניים.
עם תחילת המאה מחשבונים מכניים מוקדמים ומכונות כספים וחשבונות תוכננו מחדש כך שיוכלו לעשות שימוש במנועים חשמליים. המיקום של גלגל השיניים ייצג ערך של משתנה. חברות כמו פרידן, מרצ'נט ומונרו החלו בשנות ה־30 לייצר מחשבונים שולחניים מכניים שהיו מסוגלים לבצע את 4 פעולות החשבון הבסיסיות: כפל, חילוק, חיבור וחיסור.
המילה מחשב תיארה תפקיד שבוצע על ידי אנשים שעשו שימוש במחשבונים הללו למטרת חישובים מתמטיים מגוונים. בתקופת פרויקט מנהטן, חתן פרס נובל לעתיד ריצ'רד פיינמן פיקח על חדר מלא באנשים – מחשבים, רובם נשים מתמטיקאיות, שהבינו את המשוואות הדיפרנציאליות שנפתרו עבור המאמץ המלחמתי. סטאניסלאב מארסין אולם נקרא לשירות כדי לאפשר לבצע קירובים ברי חישוב של מתמטיקה צרופה עבור פצצת המימן, לאחר המלחמה.
בשנת 1948, הוצג לראשונה מחשבון הקורטה. היה זה מחשבון מכני נייד וקטן בגודל של כותש פלפל. במהלך הזמן, במשך שנות ה־50 וה־60 מגוון סוגים שונים של מחשבונים מכניים הופיעו בשוק.
המחשבון האלקטרוני השולחני הראשון היה מחשבון ה־Sumlock ANITA, שעשה שימוש במסך מבוסס שפופרת ניקסי וב־177 שפופרות ת'יראטרון מיניאטוריות. ביוני 1963, חברת פרידן הציגה את ה־EC-130 בן ארבע הפונקציות. הוא היה בעל תוכן מבוסס טרנזיסטורים ובעל יכולת להציג 13 ספרות על מסך 5 אינץ'. הוא גם הציג לראשונה שימוש ב־RPN. תג המחיר שהוצמד לו היה 2,200$. מודל ה־EC-132 הוסיף פונקציית שורש. ב־1965 מעבדות וואנג ייצרו את ה־LOCI-2 מחשבון מבוסס טרנזיסטורים בעל יכולת תצוגה של 10 ספרות. המחשבון עשה שימוש במסך מבוסס שפופרת ניקסי ואפשר חישוב לוגריתמים. עם פיתוח המעגל המשולב והמיקרו־מעבדים, הוחלפו המחשבונים היקרים והגדולים בהתקנים אלקטרוניים קטנים יותר.
תקופת טרום 1940: המחשבים האנלוגיים.
לפני מלחמת העולם השנייה, נחשבו מחשבים אנלוגיים כפלא טכנולוגי. רבים סברו שבהם טמון עתיד המחשב. המחשבים האנלוגיים עשו שימוש במתח וזרם או במהירות הסיבוב של צירים כדי לייצג את הכמויות המחושבות. דוגמה לכך היא מכונת אינטגרטור המים שנבנתה ב־1936. בניגוד למחשבים ספרתיים מודרניים, מחשבים אנלוגיים אינם גמישים דיים. יש לאתחלם מחדש (או לתכנתם מחדש) באופן ידני על מנת שיעברו מפתרון בעיה אחת לפתרון בעיה אחרת. למחשבים האנלוגיים היה יתרון שיכלו לשמש בפתרון בעיות מורכבות בעוד שמחשבים ספרתיים מוקדמים לקו במגבלות רבות. עם הזמן החלו המחשבים הספרתיים להיות מהירים יותר ועשו שימוש בזיכרון גדול יותר. הם החליפו את המחשבים האנלוגיים כמעט לחלוטין והתכנות הפך למקצוע חדש של ממש.
מיעוט המחשבים בתקופה זו אילץ לפתור בעיות בצורה של גרפים שאיפשרו פתרון אנלוגי של בעיות כמו בעיית פיזור הלחצים והטמפרטורה במערכת חימום. המחשבים האנלוגיים הנפוצים ביותר כללו התקנים לכיוון כלי נשק וארטילריה של ספינות מלחמה. חלק מההתקנים נותרו בשימוש במשך עשורים לאחר מלחמת העולם השנייה.