明朝建国后，火器成为了明军的制式兵器之一，通常明军的构成为“铳十，刀牌二十，弓箭三十，枪四十”，火器的比例占到了10。而随着火器的发展明朝出现了两个新的兵种，一个就是神机兵（火器兵），而另外一个则是车兵——战国时期被抛弃的战车重新焕发青春。
明代永乐年间，创建了战略机动部队——神机营，它与五军营、三千营一起随皇帝出征。神机营以火炮，即铜火铳为主要装备，它是世界上最早建立的炮兵部队，使炮兵成为一个独立兵种，完成特定的军事任务。神机营创建后，多次跟随明朝皇帝出征，用手中的厉器——铜火铳作战。神机营的铜火铳作战时，列于阵线前列，各炮队之间有一定间隔，便于装填炮弹，可以轮番齐射，用炮火摧毁敌人阵地。1410年2月，明军受到蒙古军队阻击，神机营立即用炮火突击阻敌，敌军的防守阵地被神机营的炮火所摧毁，大部分守军在炮火中丧生。明军的骑兵部队发起攻击，大获全胜。
但是，风势轮流转。时光到了月，在明朝经受土木堡之变后，蒙古兵越战越勇，步步进逼，12万蒙古兵已经攻到了京城附近。守备京城的将军命令神机营设伏于北京德胜门外。10月13日，蒙古兵兵临城下，明军守卫部队派出骑兵小分队，将蒙古兵引入神机营设伏地区。
明军的神机营装备着最早的火炮——铜火铳。而且，神机营久经百战，有着火炮战和机动战的经验。在蒙古兵被引入神机营设伏地区后，守城的将军一声令下，神机营的大小铜火铳一齐开火，大小铜火铳发射的石制或铁制的球形弹丸，一齐射向蒙古士兵，用来杀伤敌人。
神机营的大小铜火铳打乱了蒙古兵阵形。此时，城内外明军乘势出击，大败蒙古兵。在这次京城保卫战中，神机营的铜火铳发挥了重要战斗作用，立了大功。
……
神机营在明朝灭亡之后，逐渐被历史的尘埃所淹没。
但是历史的车轮的前进，最终导致神机营的再次建立，而这一次建立，则是神机营的最后的历史。
清朝建立后，制造的火药兵器重火器主要是火炮，轻火器主要是火枪。清朝制造火器始于后金天聪五年(1631年)，清代前期仍大量制造，到康熙时，火器制造的规模、质量、工艺都达到高峰。清中期后火器发展渐趋停顿，直到19世纪中叶鸦片战争前后，清政府又大量赶制火器，但结构仍沿袭祖制，性能已大大落后于西方列强所制。
与此同时，在鸦片战争后，西方列强看到了中国的软弱可欺，纷纷不远万里而来，企图进一步对中国图谋不轨。
在这内忧外患交加的环境下，清政府在咸丰十一年（1861年）建立“神机营”，神机营是清晚期在内忧外患的压迫下创建的一支使用新式武器的禁卫军。兵员是从八旗原有的禁卫军诸营中选出的，新组建时共有兵员1.4万人，到同治四年增至约3万人。由当时担任议政王的奕欣亲领。选八旗满洲﹑蒙古﹑汉军及前锋﹑护军﹑步军﹑火器﹑健锐诸营之精锐者充之。常守卫于紫禁城及三海，皇帝巡行时亦扈从。下辖马、步队25营，官兵14000多人。
神机营这个名称，明代已有，但明代的神机营相当于清代的火器营。清末新建的神机营是用西方近代武器装备的军队，建成后，神机营成为清末禁卫军的主力，其官署的规模也是空前庞大的。但是由于清王朝的腐败和种种积重难返的问题，这支新建的禁卫军与近代化劲旅的要求相去甚远。
神机营也是清末紫禁城的一支重要守卫力量。每日，神机营的管带1员、营总1员，各带兵10名，值守在宫中值房。队官4员，各带兵20名，分驻在皇宫的四角值守。上述官兵，共有10班轮替。御苑三海的墙外，神机营兵会同八旗各营中的枪兵技勇之士，共810名轮流值宿，内分为10班，每日更替一班。值守时还要传筹走更。
神机营衙门设在煤渣胡同。清末震钧所著的《天咫偶闻》一书，对神机营衙门专有描述，其中写道：“神机营署，在煤渣胡同。同治初，设选八旗精锐，别立此营。总以亲王大臣，无定员。其下全营翼长二人。其下分为文案、营务、印务、粮饷、核对、稿案六处，各有翼长、委员。此外军火局、枪炮厂、军器库、机器局，各有专司，共兵万五千余名。
自设立后，八旗京官竞来投效。文案处委员至一百六十余员，营务处一百八十余员，而书手不在此数，庚子以后废。”神机营在王府井大街上的操练场就为现今东安市场。
史料记载，咸丰十年，英法联军犯天津，僧格林沁密疏请幸热河。文祥以摇动人心，有关大局，且塞外无险可扼，力持不可，偕廷臣言之，复请独对；退偕同直侍郎匡源、杜翰