Появление первых конструкций котлов — парогенераторов — относят к середине XVII столетия. Одной из наиболее удачных, пригодных для практики того времени конструкций считают разработанный французским физиком Папеном в 1680 г. котел с предохранительным клапаном (котел Папена).

Промышленное применение котлов началось на рубеже XVII и XVIII вв. в связи с бурным развитием горнодобывающей и металлургической промышленности. Ранние конструкции напоминали котел для приготовления пищи (отсюда их название), их изготовляли из меди или чугуна. Родоначальником современных конструкций считают простой цилиндрический котел, который применяли до второй половины XIX в. Паропроизводительность такого котла едва достигала 0,4 т/ч при давлении пара 1 МПа (10 кгс/см2), поверхность нагрева (нагреваемая часть котла) не превышала 25 м2, а коэффициент полезного действия (КПД)-30%. Дальнейшее развитие шло по пути повышения этих основных характеристик в двух направлениях, приведших к созданию принципиально различных типов котлов — газотрубных и водотрубных.

Идея газотрубного котла в том, что с помощью нагретых труб, размещаемых в водяном пространстве цилиндрического котла, увеличивается площадь поверхности нагрева и тем самым обеспечивается большая паропроизводительность котла. Таким образом, появилась сначала конструкция жаротрубного, а несколько позднее дымогарного котлов.

В жаротрубном котле в водяном пространстве располагается одна, две или три трубы сравнительно больших диаметров, которые обогреваются проходящими через них топочными газами. Эти трубы называют жаровыми.

В дымогарном котле водяное пространство пронизано довольно большим количеством труб сравнительно малого диаметра, которые, как и жаровые, нагреваются проходящими сквозь них дымовыми газами. Эти трубы называются дымогарными.

В дальнейшем появились водогрейные котлы на твердом топливе, основанные на комбинации этих базовых конструкций.

Более плодотворной, как показала практика, оказалась идея водотрубного котла. В этом случае эволюция котла происходила следующим образом: сначала вместо одного большого цилиндрического сосуда в топочном пространстве стали располагать несколько соединенных друг с другом цилиндров соответственно меньших диаметров, которые образовывали батарею. При этом резко повышалась поверхность нагрева, следовательно, возрастала и паропроизводительность. Такие котлы называли батарейными. В дальнейшем они были вытеснены более простым и технологичным в изготовлении котлом с кипятильными трубами.

Таким образом, в водотрубных котлах вода нагревается не теплотой, поступающей от разогретых труб, как в жаротрубных и дымогарных котлах, а наоборот — именно в трубах. Такая схема имеет ряд преимуществ, основными из которых являются возможность повысить параметры пара (температуру и давление) и паропроизводительность котла.

В начале XX в. широко применяли весьма совершенные по тому времени секционные горизонтально-водотрубные котлы. В таких котлах в топочном пространстве располагали один или несколько пучков прямолинейных труб, завальцованных своими концами в сборные камеры, которые, в свою очередь, были соединены с расположенным над топкой барабаном котла. Хотя их и называют горизонтально-водотрубными, тем не менее, кипятильные трубы у таких котлов располагаются не горизонтально, а под углом от 10 до 12 градусов к горизонтали, что обеспечивает лучшую циркуляцию воды и пароводяной смеси.

Прекрасным представителем котлов этого вида являлся созданный в 1893 г. инженером В. Г. Шуховым водотрубный паровой котел (котел Шухова). В этой конструкции удалось унифицировать применение отдельных элементов, что имело существенное значение при серийном производстве. Котел состоял из одного продольного горизонтального барабана и нескольких трубчатых батарей, причем паропроизводительность зависела от числа используемых однотипных батарей.

Совершенствование водотрубных котлов позволило создать конструкции с вертикальными трубами, сначала прямыми, а затем изогнутыми, соединяющими верхний и нижний барабаны. Впоследствии вертикальные трубы стали располагать на стенах топки. Такие трубы в совокупности образовывают экраны — радиационные поверхности, нагреваемые преимущественно за счет тепловой радиации — излучения горящего топлива. Для более полного использования теплоты стали монтировать пучок конвективных труб, располагаемых за топочным пространством. Нагревали эти трубы потоком горячих дымовых газов, т. е. конвекцией.

Барабан постепенно перестал быть основным обогреваемым элементом (в современных мощных котлоагрегатах вовсе вынесен из зоны обогрева). Вместе с тем в связи с целесообразностью перегрева пара для энергоустановок потребовалось размещение в пределах котла специальных поверхностей нагрева — пароперегревателей.

Совершенствование котлов этого вида шло путем создания целого комплекса отдельных видов оборудования, входящих в котлоагрегаты. Были разработаны весьма совершенные конструкции камерных топок, позволяющие получать большое количество теплоты за счет быстрого и эффективного сжигания угольной пыли в относительно небольшом пространстве, а также топки для сжигания жидкого мазута и газообразного топлива. Значительно возросли габариты вертикальных водотрубных котлов. Это вызывалось необходимостью увеличения площади поверхности нагрева и целесообразностью размещения в пределах котлоагрегата целого ряда устройств, позволяющих повысить КПД котла (экономайзеры, воздухонагреватели и т. д.).