清代的神機營創設於咸豐十一年(公元1861年)，它和明代的神機營不太一樣，它的出現有着特殊的時代背景，究其原因，大致可以分爲三個方面：一、清初以驍勇善戰出名的八旗軍隊到了清末已成頹廢之勢，尤其是英法聯軍侵入京師時，駐防八旗已形同虛設，無力承擔拱衛京師的職責，因此清廷亟需建立一支戰鬥力較強的軍隊。二、晚清湘軍、淮軍等的崛起，對八旗軍隊構成了不小的挑戰，出於對日益上升的地方勇營勢力的顧慮，清廷希冀通過練兵的方法來維護八旗軍隊的地位和朝廷的威嚴。三、《北京條約》簽訂後，以英法等國爲代表的西方列強攫取了更多的在華特權，同時他們也要求清王朝加強對其在華利益的保護，因而表示願在軍事上“扶持”清政府。
創建神機營的提議最初由恭親王奕訢、欽差大臣勝保、漕運總督袁甲三發起，最終咸豐選擇由勝保集中3800名旗兵操練。辛酉政變後，慈禧授意由奕訢操辦神機營成立事宜，因此在咸豐十一年十二月初九日(1862年1月8日)，奕訢領銜奏上練兵章程十條，對神機營的營地、兵員、官制、經費、武器、操練等作了詳細陳述，標誌着神機營的正式成立。神機營的本體是威遠隊，其營地在京城煤渣衚衕，創建之初實際上是京師八旗的練兵衙門，它從禁軍內務府中挑選精壯兵丁共一萬餘名集中操練，其中擡槍兵4800人，排槍兵800人，鳥槍兵700人。以“隊”爲單位，由神機營的專操大臣和侍衛負責日常訓練。
神機營一般只用滿人，後期纔有極少數的漢人加入。平時負責神機營管理的事務大臣從王公大臣挑選，其下設有三位總理全營事務翼長，此外還並設有總理文案處、總理營務處、印務處、糧餉處、覈對處、稿案處等。神機營裏的官員較爲特殊，事務大臣者，直接由王大臣指名諮調，無須經過吏部銓選。神機營官員的升遷也比其他衙門容易，時常有“保舉”、“加級”的機會，比如晚清朝臣榮祿便是通過神機營發跡的。因此，其成立以後，“八旗京官竟往投效，文案處至160餘員，營務處至180餘員，而書手不在此數。”神機營裏的士兵待遇也非常好，比普通京旗兵丁多，馬隊兵丁每月餉銀五兩、步隊兵丁每月銀四兩。
神機營採用西式訓練方法，使用比較先進的洋槍洋炮，它的武器裝備有幾方面來源：一、自己製造，神機營有自己的軍火局;二、外國贈送，比如同治初年俄國就贈送給神機營萬杆洋槍;三、向外購買，比如同治五年(1866年)，清廷下令由三口通商大臣定購洋槍五千支。
但是縱觀神機營四十多年的短暫“生涯”，它不僅沒有增強八旗軍隊的實力，也沒有起到抵禦列強侵略的作用，反而作爲清廷鎮壓國內人民起義的工具。它曾先後參與鎮壓東北人民起義、捻軍起義。此外，神機營內部也弊病叢生，出現了兵丁吸食鴉片氾濫成災的情形。時記載有神機營內 “滿地排列鴉片煙具，各兵丁拼命呼吸，候令再出。”因此，即便有先進武器裝備，神機營仍難以避免走上衰頹的道路。
