Robert Stirling nacque nella fattoria di Cloag, vicino Methven, Perthshire, in Scozia, il terzo di otto figli. Egli ereditò la passione di suo padre per l'ingegneria, ma studiò teologia e divenne un ministro della Chiesa di Scozia, seconda carica della Laigh Kirk di Kilmarnock, nel 1816. Preoccupato dal pericolo che correvano i lavoratori delle miniere e delle fonderie, a causa delle macchine a vapore, che molto spesso esplodevano a causa della scarsa qualità delle caldaie di ferro disponibili al tempo, egli decise di migliorare le macchine ad aria calda nella speranza di fornire un'alternativa più sicura. Egli inventò quella che chiamò heat economiser, un apparecchio per sfruttare l'efficienza termica di una varietà di processi, ottenendo nel 1816 un brevetto per esso e per un motore ad aria calda che incorporava tale dispositivo.