Szczególnie ważnym pomysłem Babagge'a była maszyna analityczna, która okazała się koncepcją rewolucyjną. Co prawda, nie doczekała się ona realizacji praktycznej, jednak jej konstrukcja posłużyła poźniejszym twórcom (głównie Johnowi von Neumannowi) do opracowania dzisiejszych komputerów.
Niepowodzenia przy budowie silnika różnicowego spowodowały, że Babbage całkowicie zajął się nową koncepcją silnika analitycznego.
Silnik ten miał składać się z czterech części:
- pamięci (kolumny kół, potem zastąpionej bębnem),
- arytmometru - młyna (arytmetyczne obliczenia miały byc wykonywane dzięki obrotom kół i przekładni),
- przekładni powodującej przenoszenie liczb z pamięci do arytmometru (jednostka centralna) i odwrotnie,
- urządzenia wejściowo-wyjściowego typu kart dziurkowanych.
Prace nad tym silnikiem prowadził osamotniony, jedynie krótko pomagała mu Lady Lovelace, która będąc matematyczką, dopracowywała opisy koncepcyjne silnika, m.in. opisała system binarny (jako druga po Leibnizu), ale Babbage nie podchwycił jej idei. Ich współpraca zakończyła się w 1852 r.
Warto dodać, że Rząd USA był zainteresowany zakupem tego silnika, ale otrzymał odpowiedź, że silnik nie jest na sprzedaż.
Po śmierci Babbage`a prace nad silnikiem kontynuował jego syn Henryk, który zrealizował arytmometr i drukarkę, którą ukończył w 1906 r.