Một số nhà sử học tin rằng cối xay gió trục đứng được xây dựng lần đầu tiên ở Ba Tư trong khoảng thời gian từ năm 500 đến năm 900 sau Công nguyên để hỗ trợ các nhiệm vụ xay ngũ cốc và bơm nước. Có nhiều tài liệu khác cho rằng cối xay gió trục đứng là được phát minh đầu tiên ở Trung Quốc, tuy nhiên tài liệu đầu tiên về cối xay gió ở Trung Quốc phải đến năm 1219.
Những chiếc cối xay gió đầu tiên ở Tây Âu, được xây dựng vào khoảng năm 1270, có cấu hình trục nằm ngang. Vào khoảng năm 1390, người Hà Lan bắt đầu xây dựng các nhà máy dạng tháp, đó là những tháp nhiều tầng với một máy nghiền bưu điện có các tầng khác nhau với mục đích xay ngũ cốc, loại bỏ vỏ trấu, lưu trữ ngũ cốc và làm nơi ở cho một gia đình.
Qua nhiều năm, cánh buồm của cối xay gió đã được thiết kế để tạo ra lực nâng khí động học hơn, cải thiện hiệu suất và tốc độ rôto, đồng thời dẫn đến hoạt động bơm và nghiền tốt hơn. Với những cải tiến đối với cánh buồm ở châu Âu, cối xay gió có thêm nhiều chức năng đa dạng bao gồm tưới tiêu, thoát nước, xẻ gỗ và lưu trữ hàng hóa.
Với sự ra đời của động cơ hơi nước, việc sử dụng các nhà máy tháp lớn bắt đầu giảm ở châu Âu vào thế kỷ 19. Vào khoảng thời gian này ở Hoa Kỳ, cối xay gió Holladay được phát minh vào năm 1854, nó hoàn thiện hệ thống bơm nước cơ học vẫn được sử dụng cho đến năm 2015.
