清华大学汽车工程系成立于1980年，而清华大学培养车辆及其动力工程人才从1932年清华大学工学院机械工程学系成立时就开始至今已有78年的历史。1952年前，清华机械工程学系毕业生中有近百人参与了我国汽车工业的筹建和第一汽车厂、第一拖拉机厂和第一个坦克厂的建设，成为相关行业最早的一批领导和骨干。1952年全国高等院校专业调整时，在清华大学动力机械系内设立了汽车专业。1980年，为加强汽车工程技术人才的培养，清华大学正式成立汽车工程系，将热能工程系所属汽车专业和内燃机专业划归汽车工程系，从此清华大学汽车工程学科的人才培养、科学研究、学科建设等进入了新的发展阶段。
目前，汽车工程系设置的车辆工程、动力机械及工程学科均为国家重点学科，车辆工程专业还被列入国家高等学校和北京市特色专业建设点。拥有汽车安全与节能国家重点实验室和汽车研究所，已成为我国培养高层次、高素质车辆及其动力工程科技和管理人才的重要基地，也是我国车辆及其动力工程科学研究与技术开发的重要场所。