อาเธอร์ ซามูเอล นักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ชาวอเมริกันได้ให้นิยามของการเรียนรู้ของเครื่องจักรไว้ในปี ค.ศ. 1959 ว่า "เป็นสาขาที่ให้คอมพิวเตอร์มีความสามารถในการเรียนรู้โดยไม่ต้องโปรแกรมให้ชัดเจน"[2]

ทอม เอ็ม. มิตเชลล์ ได้ขยายนิยามอย่างเป็นทางการกว้างๆไว้ว่า "เราจะเรียกคอมพิวเตอร์โปรแกรมว่าได้เรียนรู้จากประสบการณ์ E เพื่อทำงาน T ได้โดยมีประสิทธิผล P เมื่อโปรแกรมนั้นสามารถทำงาน T ที่วัดผลด้วย P แล้วพัฒนาขึ้นจากประสบการณ์ E"[3] คำนิยามนี้เป็นข้อจำกัดความที่มีชื่อเสียงเพราะเป็นการนิยามการเรียนรู้ของเครื่องจักรในแง่ของการดำเนินการมากกว่าในแง่ของความรู้สึกนึกคิด เปรียบเทียบคือ เป็นการเปลี่ยนคำถามของแอลัน ทัวริงที่เคยถามว่า "เครื่องจักรคิดได้หรือไม่" เป็นคำถามที่ว่า "เครื่องจักรจะทำงานที่พวกเราทำได้หรือไม่"[4]