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在人类历史发展前期的大部分时间里，生产力的增长几乎难以觉察，生活水平的提升也非常缓慢。而从200多年前开始，生产力分阶段地发生了飞跃性变化，这一翻天覆地的变化正是得益于工业革命。
在数次工业革命期间，人和动物的劳力作业逐渐被机器动力所替代，生产力和经济增长急剧加速。以收入数据为例，到17世纪初，西方经济体中的人均收入水平用了800年时间才翻了一番；而在随后的150年内，人均收入水平增长了13倍。
自发明蒸汽机至今，人类社会的工业革命经历了从1.0到4.0的发展阶段。在分析正在发生的工业4.0之前，有必要先对前三次工业革命进行简要回顾：
工业革命1.0：机械化 18世纪末期，第一次工业革命始于英国，蒸汽机的发明标志着机械逐步取代了人力，人类由此进入“蒸汽时代”。第一次工业革命使生产力得到极大提升，市场上的商品越来越丰富，从而巩固了资产阶级的统治地位。这次工业革命的结果是机械生产代替了手工劳动，社会经济从以农业、手工业为基础转变为以工业及机械制造为基础，并进而带动经济发展的全新模式。
“那是一个需要巨人并且产生了巨人的时代。”恩格斯这句描述文艺复兴运动的名言，对于第一次工业革命也同样适用。巨人成就了这场伟大的革命，创造了一个新时代。得益于蒸汽机的发明与应用，英国率先完成了工业革命，并成了“世界工厂”，其经济实力和国际地位大幅度提高，摇身变为当时最富强的国家。
与此同时，由于科学技术发挥了越来越大的作用，资产阶级工厂逐渐取代手工工场，彻底改变了传统生产方式，从而促进了美、俄、德、意等国的革命与改革。由此，欧美向工业化及现代化迈进的大幕正式拉开，资本主义世界体系初步形成。亚非拉多数国家沦为殖民地和半殖民地，东方世界开始从属于西方。当然，这在客观上也为先进的思想和生产方式传入东方提供了可能与便利——东方人看到资本主义用了不到100年所创造的、前几个世纪都无法比拟的奇迹。
然而，从18世纪中叶到19世纪中叶的第一次工业革命，并未结束技术发展的脚步，而是开辟了技术进步的崭新道路。
工业革命2.0：流水线生产 第二次工业领域大变革发生在20世纪初期，通过零部件生产与产品装配的成功分离，开创了产品批量生产（即生产线生产）的新模式。
1913年，美国人亨利·福特（Henry Ford）创立了全世界第一条汽车流水装配线，由此所形成的流水作业法后来被称为“福特制”。这种作业法是在实行标准化的基础上组织大批量生产，并使一切作业机械化、自动化。“福特制”一经推出，便在世界范围内得到了广泛推广。流水作业法是一种劳动生产率很高的生产组织形式，它加大了工人的劳动强度，要求工人进行高强度、高密度作业，因此在刚诞生时饱受争议。美国著名演员查理·卓别林（Charles Chaplin）就曾在电影《摩登时代》 （Modern Times） 中，用主人公可笑的经历，对流水线生产进行了讽刺。
然而，时间证明，流水作业法是一种极其有效的生产组织方式。由于成本大大下降，美国汽车的价格从每辆850美元骤降至370美元，亨利·福特本人也成了美国的“汽车大王”。
得益于流水线生产和高效生产，世界工业化的进程进一步加快。随着垄断组织的逐渐形成，世界经济格局发生变化，资本主义世界市场最终形成。更为重要的是，在第二次工业革命期间，人类跨入了“电气时代”，机器和流水线开始逐步由电驱动，使得生产过程更易控制。20世纪70年代以后，随着电子工程和信息技术运用到工业过程之中，使得生产的最优化和自动化成为可能。
工业革命3.0：自动化 第三次工业革命始于第二次工业革命中所出现的生产过程高度自动化。20世纪70年代中期，由于“可编程逻辑控制器”（Programmable Logic Controller，PLC）的使用而为生产自动化带来了巨大进步，自此，机械继续替代人类从事作业工作，工业生产迈入了“无人化（少人化）时代”。
美国和德国几乎是在同时期研发出了可编程逻辑控制器。1969年，应美国通用汽车公司（GM）提出的取代继电器控制装置的公开招标，美国数字设备公司（Digital Equipment Corporation，DEC）研制出了第一台可编程逻辑控制器，成功运用于汽车自动装配线。1973年，德国西门子公司研制出欧洲第一台可编程逻辑控制器。与传统采用继电器进行控制的方式相比，可编程逻辑控制器具有容易修改、安装、诊断，以及不占空间等优点，并且，随着20世纪70年代初微处理器的出现，人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使其增加了运算、数据传送及处理等功能，转变为真正具有计算机特征的工业控制装置。这一转变，可谓是迈出了采用微处理器控制工业生产的第一步。但是，由于当时正值冷战时期，没有人关注到这个小东西将会对工业生产产生革命性的巨大影响。
自那以后，随着硬件水平和集成度不断提高，人们在可编程逻辑控制器上采用了C语言和更高级的编程语言，不仅可以描述简单的与、或逻辑关系，还可以描述各种复杂的控制策略（例如PID、自适应、自学习等）。如今，可编程逻辑控制器已被广泛使用，几乎无处不在了。
然而，可编程逻辑控制器在各国的运用程度和范围广度似乎并不完全相似。在20世纪80年代末，美国麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology，MIT）曾耗资500万美元完成了一份调研报告——《改变世界的机器》，报告指出日本汽车工业之所以能在20年里抢占世界1/3的市场，除了“苗条”（零库存）工厂外，最重要的一点便是广泛实现了装配自动化，由机器人辅助的装配设备大幅度提高了产品质量与生产率。因此，今后美国和欧洲的汽车工业将很难与之竞争。所幸的是，德国的汽车工业挺住了，这其中很大一部分原因是德国在生产线上的机器人中都装上了可编程逻辑控制器，可以灵活地不断更换或改进程序。
每一次工业革命都有着各自的显著特征：第一次工业革命是机械取代人力，第二次工业革命是大批量取代单件流，第三次工业革命则是自动取代手动。自国际金融危机爆发以来，全球技术创新渐趋活跃，新产业、新技术、新业态、新模式层出不穷，这一切决定了第四次工业革命将会从自动化升级为智能化。
一方面，金融危机后，物联网、云计算、大数据、移动互联、3D打印、智能机器人、页岩气、可再生能源以及生物、材料等领域的技术创新空前活跃，推动了技术的不断进步，孕育着新的技术革命；另一方面，围绕复苏经济、提升竞争力、维护能源安全、克服气候变化挑战等需求，欧、美、日等发达国家通过信息、可再生能源、新材料等技术的广泛融合和深度应用，努力培育新产业、新业态、新模式，实现经济发展方式的转变和产业结构调整。
由此可见，第四次工业革命的兴起是技术推动与应用带动并举的产物，但应用带动的作用将更加突出。尽管当前全球没有出现新的革命性技术，却正在兴起以互联网、物联网等技术为基础，以应用带动为重要特征的新一轮工业革命。未来十年，人类将步入分散化生产的新时代，原本垂直一体化的产品生产过程将被分解为不同的工序和区段，在空间上分散在不同的地区进行生产，我们可以通过决定生产制造过程等的网络技术，实现实时管理。
如今，发达国家的工业已经快步进入智能时代，工业自动化技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。
欧洲
在2012年年初德国产业界提出了工业4.0计划，认为当前世界正处在“信息网络世界与物理世界的结合”，即第四次工业革命的进程中。德国表示要积极参与第四次工业革命，并重点围绕“智慧工厂”和“智能生产”两大方向，巩固和提升其在制造业的领先优势。
德国政府认识到，网络技术在工业生产中的应用具有非常的潜力，德国有强大的机械制造和自动化工业，在软件领域也有一定的实力。这三方面共同决定了德国在工业4.0时代的优势地位。“这一发展将在接下来的几十年里影响工业生产的发展。”德国电子电气工业协会预测，工业4.0将使工业生产效率提高30%。德国经济部为此设立了专项资金，支持该计划的实施，第四次工业革命已上升为德国的国家战略。
德国企业也正在积极响应号召。例如，在2013年的德国汉诺威工业博览会上，西门子展示了如何通过世界领先的科技与创新帮助制造业应对今天的挑战，以及如何打造未来制造业的发展模式。西门子还展示了融合规划、工程和生产工艺以及相关机电系统的全面解决方案。据预测，工业信息技术与软件市场的规模在未来几年将以年均8%的速度增长，增长速度将是西门子在工业业务领域相关总体市场规模的两倍。为此，西门子已经先行一步，集中力量构建其在工业信息技术和工业软件领域的创新领导地位。
法国一些企业高层管理人员也普遍认为，尽管法国政府没有提出明确计划，但新一轮的工业革命正在进行中，将会推动人类的显著进步。例如，将信息技术用于能效管理，可以节约城市30%~70%的能源、减少20%的交通拥挤程度、降低15%的建筑成本以及20%的水资源消耗。
西班牙巴塞罗那市政府官员则表示，巴塞罗那正着重推动信息技术对旧工业革命地区和产业的改造，把智慧城市、电动汽车等创新产业与传统产业紧密结合起来，发展智慧城市、移动城市，从而保持了城市活力。
美国
远在地球的另一边，美国也正通过各种计划，促进先进制造业发展，有人称之为“再工业化”。据不久前一份研究报告显示，由于竞争力上升，美国在未来六年内每年将从欧洲、日本和中国等出口大国夺取700亿~1150亿美元的制造业出口额，这使得美国“再工业化”成为全球热门议题之一。
1900年，美国实现工业化，20世纪80年代完成了现代化进程。但自那时起，由于放松了对金融市场的宏观监管，虚拟经济恶性膨胀，最终于2007年爆发次贷危机。2009年年初，美国开始调整经济发展战略，同年12月，公布了《重振美国制造业框架》，2011年6月和2012年2月，又相继启动《先进制造业伙伴计划》和《先进制造业国家战略计划》，推行“再工业化”和“制造业回归”。如今，已经出现了某些制造业回归美国的迹象。
美国政府提出的“再工业化”，旨在达到“一石数鸟”的效果：短期刺激经济复苏、缓解严重的失业状况，并缓和社会矛盾；中期调整产业结构，培育新的增长动力，促进经济再平衡；长期则是要抓住新一轮产业革命之机，谋划战略主导权，重塑国家竞争优势。例如在发展先进制造业方面，3D打印技术产业已成为美国“十大增长最快的工业”之一，有专家指出，与蒸汽机或电话一样，3D打印技术具有相似的时代意义，预示着新的工业革命正在到来。
日本
在亚洲，日本政府也十分重视高端制造业的发展，大规模编制技术战略图。
首先，加大企业开发3D打印机等尖端技术的财政投入。2014年，经济产业省继续把3D打印机列为优先政策扶持对象，计划当年投资45亿日元，实施名为“以3D造型技术为核心的产品制造革命”的大规模研究开发项目，开发世界最高水平的金属粉末造型用3D打印机。
其次，快速更新制造技术，提高产品制造竞争力。近年来，日本制造业出现了三个新现象：一是采用“小生产线”的企业增多。本田公司（Honda）采取新技术减少了喷漆次数及热处理工序等，从而把生产线缩短了40%，并通过改变车身结构设计把焊接生产线工序由18道减少为9道，建成了世界最短的高端车型生产线。二是采用小型设备的企业增多。日本电装公司（Denso）通过改革铝压铸件的生产设备和工艺，使得铸造线生产成本降低30%，设备面积减少80%，能源消费量降低50%。三是扩大了机器人、无人搬运机、无人工厂等的适用范围，从而突破成本瓶颈。佳能公司（Canon）由细胞式生产方式（Cell Production，即自律分散型生产方式）发展到机械细胞方式（基于细胞式生产方式思想的机械化），进而建起了世界首个数码照相机无人工厂，大幅度地提高了成本竞争力。
此外，作为全球最早进入老龄化的国家，日本潜心研究人工智能产业，并将其首先应用于工业化生产线。早在20世纪90年代，日本就已经普及了第一类和第二类工业机器人，如今在发展第三、第四类工业机器人的道路上也取得了举世瞩目的成就。日本希望借助在人工智能产业的高投入，解决劳动力断层问题，降低高昂的劳动成本并支持未来的工业智能化。