रुडोल्फ डीजल ने 1892 में अपने इंजन का पेटेंट कराया था। यह गैसोलीन इंजन से अलग तरीके से काम करता है। ईंधन और हवा को मिलाकर चिंगारी से प्रज्वलित करने के बजाय, डीजल इंजन हवा को इतना संपीड़ित करता है कि वह ईंधन के संपर्क में आते ही उसे प्रज्वलित करने के लिए पर्याप्त गर्म हो जाती है। इसका संपीड़न अनुपात गैसोलीन के 8:1 से 12:1 की तुलना में काफी अधिक होता है, आमतौर पर 14:1 से 25:1 तक। इससे डीजल इंजनों को अधिक टॉर्क और बेहतर ईंधन दक्षता मिलती है।

इस इंजन में स्पार्क प्लग नहीं होते। इसमें फ्यूल इंजेक्टर होते हैं जो सही समय पर सीधे कम्बशन चैंबर में डीजल का छिड़काव करते हैं। संपीड़न की गर्मी से ईंधन प्रज्वलित होता है। दहन असमान और शोरगुल वाला होता है, यही कारण है कि डीजल इंजन खड़खड़ाहट करते हैं। आधुनिक कॉमन-रेल इंजेक्शन और टर्बोचार्जिंग ने इन्हें शांत, स्वच्छ और अधिक शक्तिशाली बना दिया है।

ट्रकों, बसों, जहाजों, ट्रेनों और भारी उपकरणों में डीजल इंजन आम हैं। यूरोप में यात्री कारों में भी ये लोकप्रिय हैं, जहाँ ईंधन कर डीजल के पक्ष में हैं। संयुक्त राज्य अमेरिका में, डीजल कारें एक सीमित बाज़ार हैं, जिसका एक कारण वोक्सवैगन उत्सर्जन घोटाला है, जिसमें यह खुलासा हुआ कि कुछ कारों ने उत्सर्जन परीक्षणों में धोखाधड़ी की थी।

डीजल के धुएं में नाइट्रोजन ऑक्साइड और कण पदार्थ होते हैं, जो वायु गुणवत्ता को नुकसान पहुंचाते हैं। आधुनिक प्रणालियाँ इसे साफ करने के लिए चयनात्मक उत्प्रेरक अपचयन, डीजल कण फिल्टर और निकास गैस पुनर्चक्रण का उपयोग करती हैं। इंजन कुशल तो हैं, लेकिन बिना उपचार के वे पूरी तरह स्वच्छ नहीं होते।