从1927年创建至今，清华数学教育及学科建设经历了三个不同的发展阶段：1927年至1952年从创建到辉煌发展的阶段，1952年至1979年从院系调整到复建的特殊发展阶段，1979年至今蓬勃发展的新阶段。在每个发展阶段，清华数学系都为中国数学科学的发展和中国杰出科技人才的培养做出了贡献。
1936年数学会合影，前排中为维纳
数学是自然科学的基础，中国近代数学与清华有着很深的渊源。清华第一任教务长即为我国近代数学奠基人之一、中国数学界杰出的领军人物胡敦复。清华第二、三批直接留美生中的胡明复、姜立夫是我国数学科学的第一、二个博士。其中，胡明复的博士论文发表于1918年10月，是我国最早公开发表的现代数学论文。
自清华创办之日起，数学即为最重要的课程之一。早期学校研究数学风气浓厚，除上课外，经常有数学方面的讨论、报告、演讲、考试等，《清华周刊》也不时有数学论文发表。1921年1月，高一级学生又成立了数学会，进一步加深了校内钻研数学的风气。
从创建到辉煌
1927年，清华正式成立数学系，第一任系主任为郑之蕃，此后熊庆来、杨武之、江泽涵等先后担任系主任。
郑之蕃（1887－1963），号桐荪，别号焦桐，是中国近代数学开创人之一。他1907年考取江苏省公费留学美国，先后在康奈尔、哈佛等校学习。1920年起在清华任教，前后共在清华执教25年。
郑之蕃（1887－1963），号桐荪，别号焦桐，是中国近代数学开创人之一。他1907年考取江苏省公费留学美国，先后在康奈尔、哈佛等校学习。1920年起在清华任教，前后共在清华执教25年。
数学系初建时叫算学系，没有自己的系馆，在科学馆上课，系办公室曾一度安设在附近的工字厅里。
数学系“不欲浅隘，亦忌浮夸”，以“锻炼吾人之思考、贯注计算之方术、探发蕴藏之算理”为宗旨。成立初期，课程着重必修课，注意内容充实，水平与法、德等国的大学类似，四年级相当于美国大学研究生一年级。
数学系努力引进和采用先进的教学体系，积极延聘名师，使清华数学系迅速走向辉煌。在这期间，许多国内知名数学家先后来清华数学系任教，如孙光远、曾远荣、胡坤升、许宝、陈省身、华罗庚等。1935年还聘请哈达玛、维纳等世界著名数学家担任客座教授。这些名师的到来，极大地提高了数学系的声望和教学、研究水平。
数学系贯彻“不仅在灌输智识于青年，复须求有贡献于学术”的方针，普通教育与高深研究并重，不偏执于一端。这期间数学系培养了陈省身、华罗庚等数学大家和众多人才，他们从清华数学系走向国际数学界，对当代数学的发展产生了深远影响。其中，对华罗庚从慧眼识金请至清华到破格提升为教授，充分体现了清华不拘一格重人才的风范，被传为美谈。
研究方面，数学系师生取得了一批有影响的研究成果。如熊庆来在亚纯函数方面建立的无穷亚纯函数论，华罗庚在解析数论方面关于素数变换的华林问题的研究以及变数之素数的方程组研究，陈省身对微分几何中高斯—波内公式的研究和拓扑学、Finsler几何的研究等。1941年华罗庚的《堆垒素数论》获得教育部颁发的首届学术研究及著作发明国家一等奖，许宝 的“数理统计”论文获二等奖。
从调整到重新走向辉煌
1952年全国高校进行院系调整，数学系调离清华。学校设数学教研组，主要担负全校数学基础课的教学任务，但在数学领域的研究并未中断。1951 年~1956年，华罗庚领导的中科院数学研究所筹备组曾在原托儿所二层楼办公，清华数学系教师曾参与数学所的创建。1958年，清华创建了国内第一个工科大学的计算数学专业。
1979年清华大学数学系重建并更名为应用数学系，从此清华数学迎来了一个新的发展时期。当时的应用数学系下设计算数学、离散数学、微分方程、概率统计、数学分析等5个教研组。1986年又增设运筹学教研组。1981年，在复建两年之后，应用数学系获得了计算数学学科的博士点，1984又获得了应用数学博士点，1998年获基础数学专业博士点，2000年获得了数学一级学科博士学位授予权。
20世纪90年代末，数学系又迎来一个新的发展机遇。1999年系名更改为数学科学系。目前，数学系已经形成一支实力雄厚、结构合理的教师队伍，科学研究多次获得国家及省部级奖励，清华数学系已成为国内高校最具实力的数学系之一。
