大约在1670年的某一天，莱布尼茨第一次看到了一个仪器，它能自动地记录下一位行人所走过的步数。这令他大为惊奇，并触发了他的灵感，使他立刻萌发了一个想法：设计一种类似的机器，使之能进行全部算术运算，不仅能记数，而且还能经过适当的设计后进行加法、减法、乘法、除法的运算，尤其是能够快速、准确地运算出结果。
随后，他立即着手进行设计。大约在1671年至1672年，即他赴巴黎之前，莱布尼茨已经设计出了第一台能进行乘法运算的计算器，在这之前，1642年巴斯卡的计算器只能进行加法和减法运算。当时他制作的这种乘法机，至今还有一台，保存在汉诺威的凯斯勒博物馆。
1672年来到巴黎后，他在相当长一段时间里继续从事计算器的制作工作。
1673年春的伦敦之行，莱布尼茨特地随身携带了一个木制的计算器，以作为与英国伦敦学术界进行交流的重要成果。英国学者大都对他的乘法机表现出了极大兴趣。奥尔登堡告诉他，有一位非常富有才华的学者莫兰（1625～1695）也发明了一种计算器。当时，17世纪有一些学者想到了利用机器进行运算的方法，发明了一些进行算术运算的机械装置和机器，如岗特（1581～1626）利用纳皮尔（1550～1617）的对数发明了计算滑尺，奥垂得（1574～1660）研究出了圆盘计算尺。显然，莫兰也从岗特、巴斯卡等人的研究中受到启发，正在从事计算器的研制。
1673年2月上旬，奥尔登堡亲自安排莱布尼茨与莫兰进行一次学术交流，并让他们展示和操作各自发明的计算器。当时的记录表明，莫兰的计算器与莱布尼茨的相比，有着明显的差距，因为前者尚不能自动进行乘、除运算，而需借助于所谓的纳皮尔骰子，而莱布尼茨的计算器则能进行乘、除运算。17世纪末时，莫兰独立地发明了一架能做加、减法的机器，还制作出了另一件能进行乘法运算的机器。
1673年1月29日，莱布尼茨获邀出席了英国皇家学会召开的会议后，奥尔登堡没有邀请莱布尼茨参加紧接着在2月5日召开的会议。因为在这段时间里，发生了一件针对莱布尼茨的不愉快的事情。他向许多英国学者展示自己设计的乘法机，没料到引起了著名学者胡克的不满。胡克用尖酸的语气反对计算器，尤其是莱布尼茨的设计，说什么利用纳皮尔骰子可以设计出更简单的模型。
莱布尼茨对胡克的态度很不满。奥尔登堡极力宽慰他，说胡克生性好争论，是一位讲话尖刻的学者。为避免引起当面冲突，奥尔登堡没有请他出席2月5日英国的皇家学会会议，但对他提出想成为英国皇家学会会员的愿望极为高兴。同时，奥尔登堡也督促他的年轻的德意志同胞，尽快改进计算器的技术，尽早拿出更加完善的计算器，让胡克等学者信服。
1673年从伦敦回到巴黎后，莱布尼茨一方面对此行的收获感到满意，另一方面也憋了一些气。于是，在从事微积分问题研究的同时，抓紧时间改进计算机的设计。为此，他不仅花费了大量的时间和精力，而且聘请巴黎有名的机械师制作，花费了不少经费，以致欠了不少债。
从伦敦回巴黎后不久，他结识了著名物理学家马略特（1620～1684），两人一见如故。马略特在机械制造方面很有造诣，非常乐意协助莱布尼茨。与此同时，莱布尼茨从巴斯卡的亲属手中得到了有关计算器的设计思想，还看到了巴斯卡计算器的实物。他比较了解自己设计的计算器与巴斯卡等人的不同，想出了克服以往计算器不足的办法。
1674年，莱布尼茨在马略特的帮助下，经过反复制作，终于制成了一架能够进行加、减、乘、除及开方运算的机器。这架计算器主要由两部分组成：第一部分是固定的，用于加法和减法，其装置与巴斯卡以前设计的加法机基本一样；第二部分用于乘法和除法，是他专门设计的乘法器和除法器，其中直接进行机械乘法的设计思想，是他的一个重要创造。对此，他在给友人的信中写道：“能制成这种计算器使我感到很幸福，它与巴斯卡计算器相比有很大的差别，因为我的机器能在瞬间完成很大数字的乘除，而不必连续加减。”
莱布尼茨将制作完成的这种能进行加、减、乘、除及开方运算的计算机，呈交给巴黎科学院审查验收，后来还当众做过演示。他为自己终于制作了具有比较完善计算功能的计算器而“感到非常幸福”。
他充分认识到了计算机的重要性，指出：“天文学家再也不必继续训练为了计算所需要的耐心了……如果使用机器，这种工作可以交给任何别的人去做。”“这是十分有价值的。把计算交给计算器去做，可以使优秀的人才从繁重的计算中解放出来。”当时他曾预言，纳皮尔等人制造的计算尺快要闲置不用了，需要代之以能进行各种运算的快速的计算机器。虽然他始终未能研制出一种能够完全自动运算的计算器，但却概括地描述了今天称之为程序自动化的思想——计算机发展中的一个重要方面，这也是莱布尼茨的“使所有推理过程机械化”宏大计划中的一部分。
1685年，莱布尼茨叙述了他萌发设计计算器械，以及设计这架能进行四则运算的计算器的经过，用拉丁文写了一份手稿，并冠以标题：《论能自动进行加、减、乘、除法运算的算术计算机》。此时离他发明计算器已十余年。
以后，他又对计算器进行了改进。1692年3月21日，在写给闵明我的信中，莱布尼茨说：“目前我正忙于制作一种新型的演算器。上帝保佑，这种新的演算器能够传到您那里。”此时闵明我尚在罗马，1694年再度来华是否携带了莱布尼茨的计算器，人们就不得而知了，甚至搞不清楚莱布尼茨是否在1692年制作出了新的演算器。
1710年，他在一篇文章中描述了计算器的重要性，但却没有给出制作计算器的详细方法。莱布尼茨去世以后，以他的想法为基础，哈恩于1774年制作了一架计算器。有人称，这是按莱布尼茨思想设计出的第一架能实际投入运算的计算器。
1685年的那份详细描述计算器原理的手稿，直到1897年才由约当（1838～1921）公布，刊登在《测量杂志》上。当然，莱布尼茨所设计的计算器从1674年起，就已广为学者知晓。这篇过了一百一十余年才发表的文章，依然具有科学意义。在文末他预言：“我所说的关于该机器的建造和未来的应用，在将来一定会更完善，并且我相信对于将来能见到完善的计算机的人，一定会看得更清楚。”我们就是莱布尼茨预言的见证人。