Jusqu’au xixe siècle, l’énergie éolienne a été utilisée pour fournir un travail mécanique.

La plus ancienne utilisation de l’énergie éolienne est la marine à voile : des indices permettent de penser qu’elle aurait été employée en mer Égée dès le XIe millénaire av. J.-C. (voir Navigation dans l’Antiquité). Le peuplement de l’Océanie s’est vraisemblablement fait par des déplacements à la voile, pour les longues traversées de centaines ou milliers de kilomètres en pleine mer.

Vers 1600, l’Europe dispose de 600 000 à 700 000 tonneaux de navires marchands ; selon une statistique française plus précise vers 1786-87, la flotte européenne atteignait 3,4 millions de tonneaux ; son volume aurait donc quintuplé en deux siècles. La puissance éolienne dépensée dans la propulsion de ces navires peut être estimée entre 150 000 et 230 000 HP, sans tenir compte des flottes de guerre.

L’autre utilisation principale de cette énergie était le moulin à vent utilisé par le meunier pour transformer les céréales en farine ou pour écraser les olives afin d’en extraire l’huile ; on peut aussi citer les nombreux moulins à vent servant à l’assèchement des polders en Hollande. Le moulin à vent est apparu sur le territoire de l’Afghanistan d’aujourd’hui ; il était utilisé en Perse pour l’irrigation dès l’an 600. Selon l’historien Fernand Braudel, « Le moulin à vent apparaît bien plus tard que la roue hydraulique. Hier, on le croyait originaire de Chine ; plus vraisemblablement, il est venu des hauts pays d’Iran ou du Tibet. En Iran, des moulins tournent probablement dès le viie siècle apr. J.-C., sûrement au ixe siècle », animés par des voiles verticales dressées sur une roue qui, elle, se meut à l’horizontale (…) Les musulmans auraient propagé ces moulins vers la Chine et la Méditerranée. Tarragone, à la limite Nord de l’Espagne musulmane, possèderait des moulins à vent dès le xe siècle.

Fernand Braudel qualifie de « première révolution mécanique » l’introduction progressive, du xie au xiiie siècle, des moulins eau et à vent : « ces « moteurs primaires » sont sans doute de modique puissance, de 2 à 5 HP pour une roue à eau, parfois 5, au plus 10 pour les ailes d’un moulin à vent. Mais, dans une économie mal fournie en énergie, ils représentent un surcroît de puissance considérable. Plus ancien, le moulin à eau a une importance bien supérieure à celle de l’éolienne. Il ne dépend pas des irrégularités du vent, mais de l’eau, en gros moins capricieuse. Il est plus largement diffusé, en raison de son ancienneté, de la multiplicité des fleuves et rivières, … ». « La grande aventure en Occident, à la différence de ce qu’il advint en Chine où le moulin va tourner, des siècles durant, à l’horizontale, c’est la transformation de l’éolienne en une roue redressée dans le plan vertical, à l’image de ce qui s’est passé pour les moulins à eau. Les ingénieurs disent que la modification a été géniale, la puissance fortement augmentée. C’est ce moulin nouveau modèle qui se propage en Chrétienté. Les statuts d’Arles enregistrent sa présence au xiie siècle. À la même époque, il est en Angleterre et dans les Flandres. Au xiiie siècle, la France entière l’a accueilli. Au xive siècle, il est en Pologne et déjà en Moscovie, car déjà l’Allemagne le leur a transmis ».

Le moulin à vent, plus coûteux d’entretien que le moulin à eau, est plus onéreux à travail égal, notamment pour la meunerie. Mais il a d’autres emplois : le rôle majeur des Wipmolen aux Pays-Bas, dès le xve siècle et plus encore après 1600, est d’actionner des chaînes à godets qui retirent l’eau du sol et la rejettent dans des canaux. Ils seront ainsi l’un des outils de la reconquête patiente des sols des Pays-Bas. L’autre raison pour que la Hollande soit la patrie des moulins à vent est sa situation au centre de la grande nappe des vents permanents d’ouest, de l’Atlantique à la Baltique.

À la fin du xviiie siècle, à la veille de la révolution industrielle, la quasi-totalité des besoins d’énergie de l’humanité était assurée par des énergies renouvelables et l’énergie éolienne avait une part importante dans le bilan énergétique, assurant l’essentiel des besoins des transports internationaux (marine à voile) et une partie des transports intérieurs (cabotage et navigation fluviale) ainsi que des besoins de l’industrie alimentaire (moulins à vent). Dans un essai d’évaluation de la répartition des consommations par source d’énergie, Fernand Braudel estime à un peu plus de 1 % la part de la voile, contre plus de 50 % pour la traction animale, environ 25 % pour le bois et 10 à 15 % pour les moulins à eau ; il renonce à chiffrer la part des moulins à vent, faute de données, tout en précisant : « les éoliennes, moins nombreuses que les roues hydrauliques, ne peuvent représenter que le quart ou le tiers de la puissance des eaux disciplinées ». On peut donc évaluer la part totale de l’énergie éolienne (voile + moulins à vent) entre 3 et 5 %.

L’apparition de la machine à vapeur, puis du moteur Diesel, ont entrainé le déclin de l’énergie éolienne au xixe siècle ; les moulins à vent ont disparu, remplacés par les minoteries industrielles. Au milieu du xxe siècle, l’énergie éolienne n’était plus utilisée que pour la navigation de plaisance et pour le pompage (agriculture, polders).

Par la suite, pendant plusieurs décennies, l’énergie éolienne a servi également à produire de l’énergie électrique dans des endroits reculés et donc non-connectés à un réseau électrique (maisons, fermes, phares, navires en mer, etc.). Des installations sans stockage de l’énergie impliquaient que le besoin en énergie et la présence d’énergie éolienne soient simultanés. La maîtrise du stockage de l’énergie par batteries a permis de stocker cette énergie et ainsi de l’utiliser hors présence du vent, ce type d’installation ne concernant que des besoins domestiques, non appliqués à l’industrie.

Depuis les années 1990, l’amélioration technologique des éoliennes a permis de construire des aérogénérateurs de plus de 5 MW et le développement d’éoliennes de 10 MW est en cours. Les subventions accordées par des gouvernements ont permis leur développement dans un grand nombre de pays. Ces éoliennes servent aujourd’hui à produire du courant alternatif pour les réseaux électriques, au même titre qu’un réacteur nucléaire, un barrage hydro-électrique ou une centrale électrique thermique. Cependant, les puissances produites, les coûts de production et les impacts sur l’environnement sont très différents.