Die Firma Deutz wurde 1864 in einer ehemaligen Ölmühle hinter dem Kölner Hauptbahnhof gegründet und kann als ältestes Motorenwerk der Welt angesehen werden. Nach einem ihrer Gründer benannt, hieß sie zunächst N. A. Otto & Cie. 1869 änderte sie ihren Namen auf Langen, Otto & Roosen und zog um nach Köln-Deutz. Kurze Zeit später wurde aus dieser Firma die Gasmotoren-Fabrik Deutz AG gegründet. Zu den leitenden Mitarbeitern gehörten zu dieser Zeit unter anderem Gottlieb Daimler und Wilhelm Maybach.
Mit der Entwicklung von Viertaktmotoren begann das Unternehmen 1876, in den Folgejahren vergrößerte sich das Produktionsprogramm fortlaufend. So wurden etwa Lokomotiven, Otto- und stationäre Dieselmotoren gefertigt, Letztere in Lizenz der Firma MAN. 1906 begann Deutz außerdem mit der Serienfertigung von Automobilen. Erst nach dem Ersten Weltkrieg entwickelte sich die Agrartechnik zu einem der wichtigsten Standbeine des Unternehmens.
Eine erste brauchbare Alternative zu Pferd und Dampflokomobil baut Deutz bereits im Jahr 1919. Das Gefährt leistet 40 Pferdestärken, ist jedoch nicht handlich: etwa 4,40 Meter lang, 1,80 Meter breit und 2,70 Meter hoch. Die Entwickler feilen sechs Jahre lang an technischen Neuerungen. Deutz bringt 1926 den Dieselschlepper MTH 222 auf den Markt. Dieser erste serienmäßig produzierte Dieselschlepper macht die Arbeit deutlich komfortabler und die Landwirtschaft effizienter. Von diesem Kraftpaket werden 330 Exemplare verkauft.
1929 wird die neue Baureihe MTZ vorgestellt und vertrieben. Diese Konstruktion bekommt zwei Jahre später die silberne Preismünze der Deutschen Landwirtschaftsgesellschaft. Bis 1936 werden 2.165 Exemplare des Modells MTZ 320 verkauft.
Schwere Kriegszerstörungen im Winter 1944/45 lassen die Produktion an beiden Standorten erliegen. Am Ende des Weltkrieges sind 74 Prozent des Kölner Werkes zerstört. Die Alliierten genehmigen die Rückführung von Werkzeugmaschinen, die in den Kriegsjahren ausgelagert wurden, und Deutz darf Bergbaugeräte herstellen und 1946 sogar 500 Traktoren.
1951 wird der „Urvater“ fast aller Verbrennungs-Motoren 75 Jahre alt und der Dieselschlepper mit der Produktionsnummer 50.000 rollt vom Hof. Zugleich endet die Fertigung des Dieselschleppers mit Wasserkühlung. Fortan werden alle Deutz-Schlepper ausschließlich luftgekühlt angetrieben.
1930 fusionierte die Deutz AG dann mit der Maschinenbauanstalt Humboldt AG und der Motorenfabrik Oberursel AG zur Humboltz-Deutzmotoren AG und übernahm 1936 außerdem die Magirus in Ulm. Nun war der Bau vollständiger Lkw, Busse und Feuerwehrfahrzeuge möglich. 1938 schloss Deutz eine Interessengemeinschaft mit der Klöckner-Werke AG Duisburg zur Klöckner-Humboldt Deutz AG (KHD).
Nach Übernahme der Vereinigten Westdeutschen Waggonfabrik AG 1959, fertigte Deutz einige Jahre lang auch Straßenbahnwagen. In den folgenden Jahren vergrößerte die Firma sich weiter, übernahm Aktien der Firma Fahr in Gottmadingen, sowie das Unternehmen Ködel & Böhm (1968) und die Sparte Ersatzteilversorgung für Traktoren von Güldner.
1979 wurde der Name der Firma in KHD Humboldt Wedag geändert. Große Investitionen schwächten sie in den Folgejahren, Verhandlungen mit Daimler-Benz scheiterten. 1975 gliederte KHD seine Nutzfahrzeugsparte in die Firma Iveco ein, die zu 80% FIAT gehörte. Im selben Jahr übernahm KHD die Firma Fahr und etablierte auf dem Landmaschinenmarkt nun die Marke Deutz-Fahr. Auch die Motorenwerke Mannheim und die Landmaschinensparte von Allis-Chalmers gehörten bald zum Unternehmen, letztere wurde allerdings bald wieder veräußert.
1995 verkauft KHD seinen Agrartechnikbereich mit der Marke Deutz-Fahr an die italienische SAME-Gruppe. Nach finanziellen Problemen benannte der Konzern sich 1997 wieder um in Deutz AG.
Die Mannheimer Tochtergesellschaft, entstanden aus den Motorenwerken Mannheim wurde in Mannheim Deutz Power Systems GmbH & Co KG umbenannt, diese gehört seit 2007 aber der 3i Group. Im selben Jahr verlegte Deutz seinen Stammsitz von Köln-Mülheim nach Köln-Porz. Auch heute produziert das weiterhin weltweit agierende Unternehmen dort Motoren.
