清华电机工程系成立于1932年秋，加上同年建立的机械系和原有的土木系，共同组成了工学院。其后，清华以电机系为根基，萌生出电子工程系、计算机系、自动化系和热能工程系。电机系在清华的学科发展和院系建设中具有承前启后的重要作用。
立系之初 学术为先
清华电机系刚成立时，借用土木工程系水力实验馆开课。第一年由外系转来二年级学生7人，招收一年级新生31人。1934年秋分设电力和电讯两组，增聘教授，并在1935年建成电机工程馆。
顾毓琇担任首任系主任（1932年～1935年，次年同时担任清华工学院院长），其后由倪俊任系主任（1935年～1937年）。顾毓琇1923年毕业于清华学校，后赴美国麻省理工学院深造，获电机工程学士、硕士学位，1928年获电工专业博士学位，为该校电机系第一个获此学位的中国学者。
在教学方面，因顾毓琇和李郁荣教授（负责教务）同为麻省理工博士，故从教学宗旨、教育制度、课程设置直至教材选择等各方面都采用寺槭±砉さ缁档哪Ｊ剑⑵盖敫孟低醵龋↘.L.Wildes）教授来校指导、讲学一年。时任教授的还有倪俊、章名涛、赵友民、任之恭（与物理系合聘）、维纳（控制论创始人，与数学系合聘）等。
关于办学理念与方针，顾毓琇认为，学生在“未毕业前，基本科学同专门知识都是偏重于学术方面的”。因此电机系初期的课程特点为：重视理论基础，理论课程占相当大的比重；比较注重实验与教学实习，其分量比当时国内同等系科要多些。建系时分电力和电讯两组，电力组以发电、输电、配电工程和电机设计及制造为主，电讯组着重电报、电话及无线电工程、电讯设计及真空管制造等。建系之初，开出电力和电讯两方面的各类课程约 45门供学生学习，系图书资料室有西方参考书600余册，中西文杂志400余种。
电机工程馆落成后，建立了电机、高压、电机制造、电车等一系列实验室，向美、英、德等国购置仪器设备，所以电机系的实验条件当时在国内居于先进地位。丰富的教学资源和严格的要求使得教学质量甚优。这一时期，全系学生最多时（1936年度）达103人；1935年度第一届毕业生3人，后来曾任电机系系主任的黄眉教授就是首届毕业生；1935 年～1937年的3年中毕业生总数为27人。
科学研究 孜孜以求
当时的电机系建系不久，教学任务较重，但在科学研究方面，师生仍孜孜以求，为中国近现代工程技术的发展做出了贡献。
1932年～1937年间，电机系先后发表科学论文共50多篇，其中顾毓琇有14篇。他于1935年在中国工程师学会年会上宣读的《感应电动机之串联运行》获该会论文第一奖。同年，他还发表了论文《同步机运算分析》，用运算微积法与双反应学说分析同步电机的运行状况。章名涛在电动机分析与运算方面共发表论文10篇，其中1937年发表的《单相感应电动电机之理论及张量分析》把张量应用于电机理论分析，很有实用意义。
这里值得一提的是维纳的工作。他同李郁荣合作进行了电网络的研究设计工作，并发表2篇相关论文。维纳后来在《控制论》（1949年）导言中说，此后的事实发展证明了当年这段工作的重要性。
承前启后 蓬勃发展
1937年“七·七”事变后，电机系随校南迁。1939年西南联大电机系附设电讯专修科，学制2年，培养抗战时期急需的电讯人才。这一期间电机系造就了大批人才，很多人成为知名专家、院士、教授、各部委和厂矿负责人。如美国最早的电子管计算机在宾夕法尼亚大学研制成功，就有陈同章校友的重要贡献。抗战胜利后，电机系于1946年随校迁回清华园。曾任国务院总理的朱镕基此时是电机系的学生，他还在1951年3月至9月担任过校学生会主席。
1952年，北京大学工学院电机工程系和燕京大学机电系并入清华电机系，电机系中的电讯组独立出来成立无线电工程系（1989年更名为电子工程系）。之后随着我国科学技术和清华工科建设的发展，电机系为培育相关领域的新专业做出了积极贡献：先后建立自动学与远动学、运筹学两个教研组，承担计算机专业的教学任务，还在钱学森先生指导下开办了运筹学专业。以这些专业和教研组为基础，在1958年7月成立了自动控制系，1979年更名为计算机系。
1970年8月，电机系的电力系统及其自动化、电机制造、高电压工程、基本电工和电工学等5个教研组，与原动力机械系的锅炉、燃气轮机、热工学等3个教研组组建了电力工程系；电机工业企业电气化教研组、工企专业、电子学教研组，与原动力系的热工仪表自动化教研组及热工专业组建了工业自动化系，后来演变为自动化系。1978年，电力工程系分为电力工程与热能工程两系，1980年系名恢复为电机工程系，1989年又将电力系统及其自动化、高电压技术、电机专业合并为一个宽口径的专业，并更名为电机工程与应用电子技术系。
