שעונים בתחילת ההיסטוריה מדדו את הזמן לפי תנועת כדור-הארץ ביחס לתנועת השמש ומיקום הכוכבים.

השעונים הקדומים ביותר, משנת 3500 לפני הספירה, היו שעוני-הצל, או "גנומון", שהיה מקל אנכי או אובליסק שהטיל צל. שעונים מצרים, מהמאה השמינית לפני הספירה, שמדדו את הזמן על פי השמש עדיין קיימים. שעונים המיספרים, בצורת חצי כדור, תוארו לראשונה במאה השלישית לפנה"ס לערך, על-ידי האסטרונום השלדיני (Chaldean) ברוסוס (Berossus). שיטות קדומות למדידת שעות בהעדר אור שמש כללו את הנר המחורץ ואת השיטה הסינית, של שריפת חבל עשוי קשרים, וספירת משך הזמן הדרוש לאש להתקדם מקשר אחד לבא אחריו. כלים שהם מוקדמים כמעט כמו שעוני-הצל ושעוני-השמש הם שעוני-חול, שבו משתמשים בזרם חול כדי למדוד מרווחי זמן, ושעון מים (או "קלפסיידרה"), שבו זרם מים מצביע על חלוף הזמן. הקלפסיידרות הפכו למורכבות יותר, עד כדי הוספת תשלובת גלגלי שיניים, על-ידי הממציא היווני קתסיביוס איש אלכסנדריה, בערך בשנה 270 לפנה"ס. בסופו של דבר, משקולת שנופלת כתוצאה מכוח הכובד החליפה את זרם המים במדי-הזמן, ובכך סימנה את תחילת עידן השעונים המכניים.


השעון המכני

המקור ההיסטורי של שעונים מכנים אינו ידוע. הדוגמאות המתועדות הראשונות נמצאות במאה ה-14. עד אז, היו מוכרים מדי-זמן כגון ה"הורולוגלום", או מורה-השעות. בשם "שעון", שפירושו המקורי באנגלית הוא "פעמון", נעשה שימוש במשמעותו הנוכחית ביחס למורי-זמן מכניים עצומים, שהותקנו במגדלי פעמונים בשלהי ימי הביניים.

מנגנוני השעונים היו בתחילה כבדים ומסורבלים. שעון שנבנה במאה ה-14 על-ידי הנרי דה ויק מוויטמברג עבור ארמון המלכות (כיום palais de justice) בפריס הופעל על-ידי משקולת בת 227 ק"ג, שירדה למרחק של 9.8 מטרים. המערכת ששלטה בקצב הנפילה היתה מגושמת, והשעון לא היה מדויק. לשעונים באותה תקופה היה מחוג אחד בלבד, שהצביע על רבע-השעה הקרוב ביותר.


המטוטלת

סידרת המצאות במאות ה-17 וה-18 הגדילו את דיוקם של מנגנוני השעונים והקטינו את המשקל ואת עומס המנגנונים. גלילאו תיאר בסוף המאה ה-16 את תכונת המטוטלת, הקרויה בשם "איזוכרוניזם", שמשמעותה שמשך הזמן של תנועת המטוטלת הוא קבוע. ב-1657 הפיסיקאי ההולנדי כריסטיאן הויגנס הראה כיצד ניתן להשתמש במטוטלת כדי לווסת שעון. עשר שנים לאחר מכן הפיסיקאי האנגלי רוברט פוקה המציא וסת פעימות שעון, שאיפשר את השימוש בשעוני מטוטלת עם קשת תנודה קטנה. יצרן שעונים בריטי בשם ג'ורג' גראהם שיפר את וסת הפעימות, וג'ון האריסון פיתח אמצעי המפצה על שינויים באורך המטוטלת כתוצאה מהבדלי טמפרטורה.


שעוני-יד

מנגנוני שעוני-יד פותחו כאשר החל השימוש בקפיצים כמקור כוח. בקפיץ מסוג זה נעשה שימוש באיטליה בסביבות השנה 1450. בסביבות השנה 1500 פיטר הנלין, מסגר מנירנברג, גרמניה, החל לייצר שעונים הניתנים לנשיאה, שידועים בשם "ביצי נירנברג". ב-1525 אומן אחר, ג'ייקוב זך מפארג המציא גלגלת ספירלית, כדי להשוות את המשיכות הבלתי-זהות של הקפיץ. שיפורים אחרים שהגבירו דיוק שעונים אלו היו קפיץ דקיק סלילני שהומצא בסביבות השנה 1660 על-ידי רוברט הוק, עבור גלגל האיזון, ומנוף לויסות פעימות השעון שהומצא על-ידי הממציא הבריטי תומאס מאדג' ב-1765.

מחוגי דקות ושניות, וגבישים שיגנו על לוח השעון ועל המחוגים, הופיעו לראשונה בשעונים במאה ה-17. מיסבים שעשויים אבנים יקרות, שנועדו להפחית את החיכוך ולהאריך את חיי מנגנון השעון, הופיעו לראשונה במאה ה-18.

במאות שלפני ייצור החלקים על-ידי מכונות, היה צורך בעבודת אומנות כדי לייצר שעונים ושעוני-יד מדוייקים, בעלי תוחלת חיים ארוכה. ארגוני מלאכה מקומיים כאלה, כמו "איגוד יצרני השעונים בפריס" (1544) התארגנו כדי לפקח על יצרני שעונים ושוליותיהם. איגוד שידוע בשם "חברת יצרני השעונים", שהוקם בלונדון ב-1630, עדיין קיים. בהולנד, בגרמניה ובשוויץ יצאו גם כן אומנים טובים רבים שעבודתם היה ידועה ביופיה ובשלמות המכנית שלה