Nejstarším známým příkladem hodinového mechanismu je mechanismus z Antikythéry, analogový počítač s převodovkou z 1. století př. n. l., do jisté míry podobný astrolábu, určený k výpočtu astronomických poloh a zatmění, nalezený z vraku řecké lodi. Ve starověkém Řecku existuje mnoho dalších zpráv o hodinových strojích, dokonce i v jeho mytologii, a samotný mechanismus je dostatečně sofistikovaný, aby naznačoval významnou historii menších zařízení, která vedla k jeho vytvoření.
V určitém okamžiku se tato úroveň sofistikovanosti technologie hodinových strojů v Evropě ztratila nebo byla zapomenuta a vrátila se, až když byla přinesena z islámského světa po křížových výpravách spolu s dalšími poznatky vedoucími k renesanci. Hodinový stroj nakonec obnovil ekvivalent předřímské technologické úrovně ve 14. století.
Stejně jako v řecké mytologii se i v legendách jiných kultur objevují ambiciózní nároky na automatizaci. Například v židovské legendě Šalamoun využil své moudrosti a navrhl trůn s mechanickými zvířaty, která ho po usednutí na něj vítala jako krále; po usednutí mu orel nasadil na hlavu korunu a holubice mu přinesla svitek Tóry. Říká se také, že když král Šalamoun usedl na trůn, spustil se mechanismus. Jakmile vstoupil na první schod, zlatý vůl a zlatý lev natáhli každý jednu nohu, aby ho podepřeli a pomohli mu vystoupat na další schod. Z každé strany zvířata pomáhala králi nahoru, dokud se pohodlně neusadil na trůn.
Ve starověké Číně se v textu Lie Zi, napsaném ve 3. století př. n. l., nachází zajímavý popis automatizace. V jeho rámci je popsáno mnohem starší setkání krále Mu z Čou (1023-957 př. n. l.) se strojním inženýrem známým jako Yan Shi, „umělcem“. Ten králi hrdě představil svou mechanickou ruční práci ve tvaru člověka v životní velikosti (Wade-Gilesův pravopis):
Král na postavu užasle zíral. Chodila rychlými kroky a pohybovala hlavou nahoru a dolů, takže by ji každý považoval za živého člověka. Umělec se dotkl její brady a ona začala zpívat, dokonale naladěná. Dotkl se jeho ruky a ono začalo pózovat a držet dokonalý rytmus… Když se představení chýlilo ke konci, robot mrkl okem a dělal návrhy přítomným dámám, načež se král rozzuřil a byl by nechal Jen Š‘ na místě popravit, kdyby ten ve smrtelném strachu robota okamžitě neroztrhal na kusy, aby viděl, co je ve skutečnosti zač. A skutečně se ukázalo, že je to jen konstrukce z kůže, dřeva, lepidla a laku, různě zbarvená do bílé, černé, červené a modré barvy. Při bližším zkoumání král zjistil, že všechny vnitřní orgány jsou kompletní – játra, žlučník, srdce, plíce, slezina, ledviny, žaludek a střeva; a nad nimi opět svaly, kosti a končetiny s jejich klouby, kůže, zuby a vlasy, vše umělé… Král vyzkoušel účinek odebrání srdce a zjistil, že ústa už nemohou mluvit; odebral játra a oči už nevidí; odebral ledviny a nohy ztratily pohybovou schopnost. Král byl nadšen.
Mezi další pozoruhodné příklady patří Archytova holubice, o níž se zmiňuje Aulus Gellius. Podobné čínské zprávy o létajících automatech pocházejí z 5. století př. n. l. od mohučského filozofa Moziho a jeho současníka Lu Bana, kteří podle Han Fei Zi a dalších textů vyrobili umělé dřevěné ptáky (ma yuan), kteří mohli úspěšně létat.
V 11. století se v Evropě používaly hodinové stroje jak k měření času, tak ke sledování astronomických událostí. Hodiny neudržovaly čas podle moderních měřítek příliš přesně, ale astronomické přístroje se pečlivě používaly k předpovídání poloh planet a dalších pohybů. Zdá se, že stejná časová osa platí i v Evropě, kde se v té době již v hodinách používaly mechanické eskapády.
Do 15. století byly hodiny poháněny vodou, závažím nebo jinými oklikami a relativně primitivními způsoby, ale v roce 1430 byly Filipu Dobrému, vévodovi burgundskému, představeny hodiny, které byly poháněny pružinou. To se stalo standardní technologií spolu se strojky poháněnými závažím. V polovině 16. století převzal Christiaan Huygens myšlenku Galilea Galileiho a rozvinul ji do podoby prvního moderního kyvadlového mechanismu. Zatímco však pružina nebo závaží poskytovaly hnací sílu, kyvadlo pouze regulovalo rychlost uvolňování této síly prostřednictvím určitého únikového mechanismu (eskapementu) s regulovanou rychlostí.
Smithsonian Institution má ve své sbírce hodinový mnich, vysoký asi 15 palců (380 mm), pocházející pravděpodobně již z roku 1560. Mnich je poháněn pružinou nataženou na klíček a kráčí po dráze čtverce, pravou rukou se bije do hrudi, zatímco v levé ruce zvedá a spouští malý dřevěný křížek a růženec, otáčí se a pokyvuje hlavou, klopí oči a pronáší tiché konsekvence. Čas od času přiblíží křížek ke rtům a políbí ho. Předpokládá se, že mnicha vyrobil Juanelo Turriano, mechanik císaře Svaté říše římské Karla V.
.