L'histoire de l'entreprise commence en 1860, lorsque le jeune Edouard Heuer fonde sa modeste entreprise à Saint-Imier, en Suisse. Mais le succès est vite au rendez-vous, ce qui permet à Heuer d'emménager quatre ans plus tard à Bienne, dans de somptueux locaux. En 1882, Heuer fait breveter son premier chronographe. La production en série débute la même année. Cinq ans plus tard, il invente le célèbre pignon oscillant, une véritable révolution dans la conception des chronographes. Ce mécanisme est composé d'une tige mobile et de deux pignons qui entrent en contact avec la roue de seconde.
En 1902, les fils Charles et Jules Heuer prennent la tête de l'entreprise familiale. Ils concentrent leurs efforts sur la fabrication de montres spéciales, par exemple le Time of Trip breveté en 1911, premier chronographe destiné au tableau de bord des avions et des automobiles. Il mesure 11 cm de diamètre ; les grandes aiguilles au centre indiquent l'heure, tandis que les deux petites aiguilles positionnées à 12 heures affichent la durée du trajet (pas plus de 12 heures).
1916 est une autre année phare : Heuer présente le Mikrograph, un chronographe précis au centième de seconde près au format montre de poche. La trotteuse effectue un tour de cadran en seulement trois secondes. Au cœur de la montre, le balancier oscille à 360 000 alternances par heure (A/h), soit à une impressionnante fréquence de 50 Hz. Véritable modèle de précision, ce chronographe s'impose comme chronométreur officiel des Jeux Olympiques de 1920.
Au début des années 1930, l'héritière du Time of Trip fait son entrée : l'Autavia, contraction des mots "automobile" et "aviation". Cet instrument de mesure s'adapte parfaitement au tableau de bord des avions et des automobiles. L'Autavia possède une trotteuse centrale et deux cadrans annexes : un compteur 60 minutes et un compteur 12 heures. Ce chronographe est souvent couplé à une Hervue montée sur une plaque en chrome, première montre pour tableau de bord équipée d'un mouvement 8 jours conçu par Revue Thommen. Trente ans après la présentation de la montre pour tableau de bord Autavia, Heuer présente la montre-bracelet du même nom : la Tag Heuer Autavia Chronographe.