機械工程是清華大學(xué)最早建立的學(xué)科之一，1932年就成立了機械工程學(xué)系，其中包括航空與汽車(chē)組。40年代后期，學(xué)生人數已居全校工科系之首。

1952年院系調整，更名為機械制造系，設機械制造工藝、鑄造工藝及設備、壓力加工工藝及設備、焊接工藝及設備、金相熱處理5個(gè)專(zhuān)業(yè)，并且由原動(dòng)力組擴建成立了動(dòng)力機械系，正式設有熱力發(fā)電（后改為鍋爐）、燃氣輪機、汽車(chē)拖拉機3個(gè)專(zhuān)業(yè)。

1960年，機械制造系分成“精密儀器及機械系”和“特種冶金系”（簡(jiǎn)稱(chēng)冶金系），增設了光學(xué)儀器、精密儀器和特種冶金及材料3個(gè)專(zhuān)業(yè)；在動(dòng)力機械系內成立農機學(xué)院，汽車(chē)專(zhuān)業(yè)是其中的主要專(zhuān)業(yè)。3年后，動(dòng)力機械系改名為動(dòng)力與農機系。1977年，“冶金系”改名為“機械工程系”。1978年，在鍋爐、燃氣輪機（后為熱力渦輪機）、汽車(chē)和內燃機等專(zhuān)業(yè)的基礎上，正式成立熱能汽車(chē)工程系，并將鍋爐專(zhuān)業(yè)更名為熱能工程專(zhuān)業(yè)。1980年，空調專(zhuān)業(yè)并入熱能汽車(chē)工程系。

80年代初，“精密儀器及機械系”改名為“精密儀器與機械學(xué)系”。1988年，熱能汽車(chē)工程系正式分為由熱能工程、熱力渦輪機（現為動(dòng)力機械工程）、空調等專(zhuān)業(yè)組成的熱能工程系和有汽車(chē)、內燃機專(zhuān)業(yè)組成的汽車(chē)工程系。

1996年1月，由精密儀器與機械學(xué)系、機械工程系和汽車(chē)工程系組成機械工程學(xué)院。1998年10月，為了促進(jìn)多學(xué)科的交叉和綜合，熱能工程系和工程力學(xué)系進(jìn)入機械工程學(xué)院。

2003年成立工業(yè)工程系。2004年5月18日，我校成立航天航空學(xué)院，力學(xué)工程系劃歸該學(xué)院。

碩士招生專(zhuān)業(yè)（12個(gè)）：

機械制造及自動(dòng)化
機械設計及理論
機械電子工程
光學(xué)工程
精密儀器與機械
測試技術(shù)與儀器
材料加工工程
車(chē)輛工程
動(dòng)力機械及工程
工程熱物理
熱能動(dòng)力系統及自動(dòng)化
管理科學(xué)與工程（工業(yè)工程）