Степан Осипович Макаров родился в Николаеве, в 1848 году в семье прапорщика. Родители через десять лет переехали в Николаевск-на-Амуре. Там мальчик поступил в низшее отделение Морского училища. Еще кадетом Степан плавал на военных кораблях в составе Сибирской флотилии и эскадры Тихого океана. В 1865 году он первым по успеваемости закончил Морское училище и был произведен не в кондукторы флотских штурманов, как прочие, а в корабельные гардемарины. Уже во время учебы будущий адмирал получил неплохую практику, побывал с эскадрой в Америке, совершил плавание на корвете «Аскольд» в Японию и Африку, был замечен выдающимся кораблестроителем А.А. Поповым, командовавшим этой эскадрой, а также опубликовал свою первую статью в «Морском сборнике» — «Инструмент Адкинса для определения девиации в море».
В 1869 году Макарова произвели в мичманы. Потом была служба на броненосной лодке «Русалка» в эскадре адмирала Бутакова. Однажды произошло так, что корабль ударился о скалу, получил небольшую пробоину и едва не затонул из-за отсутствия нужных водоотливных средств. Макаров тогда изучил причины аварий кораблей и всерьёз занялся разработкой системы непотопляемости судов. В результате он предложил ввести новые устройства, в том числе и пластырь для заделки пробоин (так называемый «макаровский пластырь»).
В это же время он изобрел способ быстрой разводки пара, в котором не портились котлы. Кроме того, пары стали разводиться в 7,5 минут — когда прежде на это нужно было порядка шести часов.
К сожалению, почти все технические инновации Макарова рубились на корню, и делало это высшее руководство флота империи. Если нововведения и использовались, то туго; в других же странах их внедряли почти сразу, что, конечно же, наносило вред обороноспособности Российского государства. Кстати, морская тактика по Макарову преподавалась даже на другом конце света, в Аргентине, чему сам адмирал, узнав, был удивлен.
Адмирал Попов, разрабатывавший проекты кораблей, в 1872 году вызвал молодого изобретателя (уже лейтенанта) в свое распоряжение. Макаров продолжил свою работу над системой непотопляемости новых кораблей: броненосца «Петр Великий», поповок и фрегатов. Это дало моряку немалый опыт. В 1875 году Макаров издал работу «О непотопляемости судов», в которой изложил этот опыт и свои выводы. Он предложил разделить корпус судна на отсеки водонепроницаемыми поперечными переборками, создать второе дно и второй борт, разделенные на мелкие отсеки. Водоотливная система по его проекту состояла из магистральных труб, связанных с трубами в отсеках, что позволяло при необходимости осушать и заполнять любые отсеки. Макаров считал возможным и необходимым спрямлять крен, наливая воду в противоположный отсек. Как главный специалист по непотопляемости, он читал лекции в Кронштадте.
Часть технических предложений молодого офицера внедрили. Однако самую важную из его находок — выравнивание корабля посредством затопления неповрежденных отделений — Морской технический комитет счёл ересью. Понадобилось тридцать пять лет, Цусимское сражение и гибель самого Макарова, чтобы доказать правильность его идеи. Академик Крылов вспоминал, что Степан Осипович предлагал построить учебный корабль, чтобы тренировать экипажи управлять судном во время аварии.
Перед русско-турецкой войной 1877—1878 годов у России не было сильного флота в Черном море. А вот противник имел много судов с сильной артиллерией. Тогда Макаров предложил применять быстроходные пароходы с подъемными минными катерами. В ночной темноте маленькие суда быстро спускались на воду и атаковали минами неприятеля. После атаки катера отходили к пароходу, их поднимали на борт, и большой корабль быстро удалялся. Чиновники морского министерства снова-таки сопротивлялись нововведению.
Когда Макарова назначили командиром парохода «Великий князь Константин», он поставил на судно артиллерию и четыре минных катера. После объявления войны моряк решил практически проверить свои разработки. Атака на батумском рейде не удалась, из-за того, что не взорвалась мина. Зато последующие атаки были весьма успешны — оказался подорван сторожевой корабль, пробили броненосец. За это Макаров был награжден золотой саблей с надписью «За храбрость». В сентябре 1877 года Степана Осиповича снова повышают по службе: до капитан-лейтенанта, а через три месяца до капитана 2-го ранга.
Будущий адмирал впервые применил так называемые самодвижущиеся мины Уайтхеда (торпеды). Это было в конце 1877 года, против турецких броненосцев. Это дало толчок к развитию минных катеров, которые оказались предшественниками торпедных катеров и эскадренных миноносцев. Пароход же «Константин» по сути стал прообразом плавучих баз.