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組。40年代后期，學(xué)生人數(shù)已居全校工科系之首。

1952年院系調(diào)整，更名為機械制造系，設(shè)機械制造工藝、鑄造工藝及設(shè)備、壓力加工工藝及設(shè)備、焊接工藝及設(shè)備、金相熱處理5個專業(yè)，并且由原動力組擴建成立了動力機械系，正式設(shè)有熱力發(fā)電（后改為鍋爐）、燃氣輪機、汽車拖拉機3個專業(yè)。

1960年，機械制造系分成“精密儀器及機械系”和“特種冶金系”（簡稱冶金系），增設(shè)了光學(xué)儀器、精密儀器和特種冶金及材料3個專業(yè)；在動力機械系內(nèi)成立農(nóng)機學(xué)院，汽車專業(yè)是其中的主要專業(yè)。3年后，動力機械系改名為動力與農(nóng)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）、汽車和內(nèi)燃機等專業(yè)的基礎(chǔ)上，正式成立熱能汽車工程系，并將鍋爐專業(yè)更名為熱能工程專業(yè)。1980年，空調(diào)專業(yè)并入熱能汽車工程系。

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，熱能汽車工程系正式分為由熱能工程、熱力渦輪機（現(xiàn)為動力機械工程）、空調(diào)等專業(yè)組成的熱能工程系和有汽車、內(nèi)燃機專業(yè)組成的汽車工程系。

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

碩士招生專業(yè)（12個）：

機械制造及自動化
機械設(shè)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
車輛工程
動力機械及工程
工程熱物理
熱能動力系統(tǒng)及自動化
管理科學(xué)與工程（工業(yè)工程）