清华大学电机工程与应用电子技术系（简称电机系）原名电机工程系，成立于1932年秋。建系之初，系主任由工学院院长顾毓琇兼任。第一年由外系转来二年级学生七人，招收一年级新生31人。1934年秋确定为电力和电讯两个组，并动工兴建电机工程馆，1935年落成。这时期全系学生最多时共103人，1935年度第一届毕业生3人，1935～1937年的三年中毕业生总数为27人。

1937年七七事变后，电机系随校南迁，先立长沙组成长沙临时大学，后于1938年1月再迁往昆明，1938年5月在昆明成立了西南联合大学。联大电机系1939年附设了电讯专修科，学制为两年，培养了抗战时期急需的电讯人才。联大电机系造就了大批人才。很多人在新中国建立后担任中科院学部委员、研究员、教授、各部委和厂矿负责人，成为知名专家。在海外也有不少校友取得出色的成绩，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，电机系随校于46年8～10月间回到清华园。学校受到了日本侵略者的严重破坏。电机系馆外观依旧，内部已空无一物。全系首项工作就是恢复系馆、恢复实验室。1946年清华大学恢复全国招生，电机系录取的学生最多，共一百几十人。

当时电机系在工学院有较大的影响，名气很大，有“土木系老、电机系难考”之说。考入既不易，功课又难，学生负担相当重。这一时期电机系设有电机研究所，招有研究生。当时社会黑暗、物价狂涨、生活朝不保夕，生命安全得不到保障。师生仍投入了反饥饿、反内战、反迫害的斗争。朱自清先生等清华大学110名教职员工发明严正声明，断然拒绝美国的“救济”面粉，退还了“配购证”。在严正声明上签字的电机系教职工有王先冲、王遵华、曹恺孙、张汉、黄敞、陈汤铭、郭涌生、童诗白等人。

1948年12月15日清华园解放。电机系广大师生的满腔热情投入了庆祝解放、报名参加“南下工作团”、参加土改、投入抗美援朝的学习和宣传、参加为中国人民志愿军捐献飞机、参军参干、参加三反五反等活动和运动。这个时期电机系共产党员是全校各系中最多的，有10多名。也有许多教师加人民盟和九三学社。在共产党的领导下，一批青年学生迅速成长。如朱镕基在1951年3月至9月期间担任学生会主席，在组织学生参加建国初期的各项政治运动中发挥了很好的作用。朱镕基同志1997年首选国国务院总理。按照1951年11月全国工学院院长会议提出的“今后工学院招收新生应有二分之一以上是专修科学生”的精神，电机系从1952年起办了发电和输配电两个专修科，共招生120人，为国家培养了急需的人才。这一时期电机系的学生专业方向仍分为电力组和电讯组。

1952年6月25日政务院公布了《全国工学院调整方案》。经过院系调整，电机系中的电讯组于1952年独立成立了无线电工程系。调整后的电机工程系于1952年9月19日正式成立。北京大学工学院的电机工程系并入清华大学电机工程系。设电机及电器（招生60人）、发电厂配电网及配电系统（招生60人）和工业企业电气化（招生60人）三个专业，另设发电厂（招生60人）和输配电（招生60人）两个专修科，全系共招新生约300人。设立“电力机械”、“发电及输配电”、“工业企业电气化”、“基本电工”、“电工学”等五个教研组。

院系调整之后，学校立即开始了以“学习苏联先进经验”为主的教学改革。经过三年时间，到1955年秋，电机系的专业设置调整为“电机及电器制造”、“发电及输配电工程”、“高电压工程”、“工业企业电气化”等四个专业，并且完成了一轮五年制本科教学的各个主要环节。教研组设置也调整为8个，分别是“电机”、“电器”、“发电”、“输配电”、“高压”、“工企”、“基本电工”和“电工学”。其中“电器”教研组于1955年成立，“高压”教研组于1956年成立。以上专业设置和教研组建制基本延续到1966年文革爆发之前。在学习苏联经验过程中，自1953年起苏联先后派出巴然诺夫、斯捷潘诺夫、翟可夫、奥梅里顿柯、绍尔达特金娜和日里兴等6位专家来电机系工作，在教学、实验室建设、科研和指导研究生等方面给了无私的援助。在这期间，电机系也派了许多教师赴苏进修和留学。1956年秋，高景德先生从苏联获得博士学生回国，担任了清华大学科学研究处处长，后来成为全国电工学科著名的学术带头人。他于1980年当选为中国科学院学部委员（院士），1985年当选国国际电气与电子工程师学会特级会员（IEEE Fellow）并获得该学会一百周年奖，1996年获香港柏宁顿教育基金会（中国）第二届孺子牛全球奖杰出奖，1997年获国家级教学成果特等奖。他1983年至1988年期间任清华大学校长。

1956年周恩来总理主持了我国科学技术发展规划的讨论和制定，部署搞两弹。电机系与工物系、无线电系等一道为发展相关新专业做出了积极的贡献，先后建立了“自动学与远动学”、“运筹学”两个教研组，担任了计算机专业主要专业课的教学任务，参加了中科院计算技术研究所的筹建工作，在钱学森先生的指导下开办了“运筹学”专业，招收了两个班的学生，开办了“自动化”研究班，招收了90外学员。这些专业和教研组于1958年7月独立成立了自动控制系。

1958年学校贯彻“教育为无产阶级政治服务，教育与生产劳动相结合”的教育方针。电机系师生参加了十三陵水库劳动、开展勤工俭学、自行设计制造交流计算台、建设电工厂、参与建设土电厂、参与程控立式铣床设计制造等，还派出小分队到河南登封具去“支援地方工业化，技术下厂，与工农结合，改造思想”。周恩来总理来学校参观了“应届毕业生和红专跃进展览”，对电机系王伯翰等毕业设计制作的土开关大加夸奖。1960年“电力系统动态模拟实验室”建成投入运行。1961年电机系又研制了当时技术上是领先的双水内冷发电机。1963年经原高教部批准成立了“电工科学研究所”。这段时期，本科生学制有所变化。1958届与1959届为五年制，1961届与1962届为五年半制，1964至1966届为六年制。1958至1959年还为当时产业部门举办了两期干部进修班，学制为二年，学员为各大电厂、电业局和电机厂等单位的领导干部。这段时期本科生每年招生180～200人，此外还招收了一批朝鲜、越南和老挝等国的留学生。自1953年起，电机第重新开始招收研究生，但未建立学位制度。截止1966年文革爆发时为止，这时期共招收研究生约150名。1958年东西主楼落成，电机系从电机馆迁入西主楼。

1966年6月“文化大革命”爆发，清华大学成为重点区，教学与科研遇到严重破坏。1968年7月27日，中央派工人、解放军宣传队迫接，一方面制止了武斗，稳定了局势，另一方面全面接管了校、系领导权。1970年8月原电机系的“工业企业电气化教研组”及“工企专业”和“电子学教研组”与原动力机械系的“热工仪表自动化教研组”及“热工专业”组建了工业自动化系；原电机系“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”等五个教研组民原动力机械系的“锅炉”、“燃气轮机”和“热工学”等三个教研组组建了电力工程系。1970年6月27日中央批转了北大、清华招生问题的请示报告。从1970年至1976年电机系共招收六届“工农兵学员”917名，每届约150名。还招收了非洲国家的3名留学生。招生专业为电力系统及其自动化、电机、高电压工程。学生文化程度参差不齐，有的只有小学文化程度，给教学带来极大困难。

1976年10月，“四人帮”被粉碎，清华大学从此获得新生。1978年11月电力工程系分为电机工程系与热能工程系。原电机系的五个教研组和三个专业恢复为电机工程系。

1977年全国恢复高考，电机系招收电工师资班一个班，于1978年2月入学。学制为四年半，1978年电机系三个专业开始招生，每年招生约120名，其中电力系统专业两个班约60外，电机专业一个班约30外，高电压技术专业一个班约30名。学制为五年。与此同时，电工学教研组的教师在做好面向全校的电工学和电子技术课教学的基础上，积极在生物医学工程领域开展科研、筹办新专业。1982年经当时的教育部批准，电机系正式设立“生物医学工程与仪器”专业，并招生一个班约30名本科生。从此，电机系的本科生招生规模一直维持在150多名至今。1978年恢复研究生招生控制，电机系当年招收研究生22名。

1981年底，电机系的“电力系统及其自动化”、“电机及其控制”、“高电压技术”、“理论电工”四个二级学科点获得全国首批硕士学位授予权和首批博士学位授予权。1989年这四个博士点被评为全国重点学科点，并且名列全国同类学科点第一名。生物医学工程与仪器学科点分别于1981年和1986年获得硕士学位授予权和博士学位授予权。电机系电力电子技术学科点分别于1991年和1996年获得硕士学位授予权和博士学位授予权。1995年根据国务院学位委员会关于按一级学科学位授权和综合评估中，电机系电工学科点在全国综合评估中，在学科建设、人才培养、科学研究和综合水平各项成绩均名列全国第一名。1996年6月，电机系电工学科点被国务院学位委员会宣布为首批按一级学科授权的试点单位。1997年全国学科调整中，电工一级学科改名为电气工程工学科，生物医学工程与仪器学科改名为生物医学工程学科，并上升为一级学科。电机系目前每年招收研究生100多名，其中博士研究生约占三分之一。1997年研究生入学人数达到150多名，首次与本科生入学人数持平。1991年国家教委首次表彰在工作中做出突出贡献的中国博士学位、硕士学位获得者695名中，电机系占有7名。

随着科学技术的迅速发展，电子、计算机、信息技术等新兴学科对传统电工学科的交叉渗透，使电工学科各个专业具有更广泛的共同基础，并且专业界限变得模糊。另一方面，社会主义市场经济的发展也需要具有更宽专业口径的高层次电工学科的人才。为些，自80年代初开始，电机系就不断进行专业改造，并于1989年正式将原电力系统自动化、高电压技术、电机三个专业全并为一个宽口径的“电气工程及其自动化”专业，得到了国家教委的认可，列入了全国专业推荐目录。

此外，为了适应我国以经济建设为中心的形势，适应在生产、科研和教育第一线广大科技工作者知识更新的需要，电机系积极开展大学后继续教育。例如，受当时水利电力部的委托，1985年电机系连续举办了五期电力设计院院长、总工程师修研班，共有168名参加学习。从1988年起，又连续开办了电力系统调度员研讨班共4期，电力系统调度科科长1期，共有130人参加学习。从1995年起，又在全校中率先举办研究生课程进修班，每期学习一年，其中一部分学员结业后参加研究生入学考试，取得资格后直接进入了工程硕士论文工作。此外，电机系还与西门子公司合作举办多次灵活交流输电高级研讨班，与中电联合作举办系列电力系统新技术讲习班等等，为经济建设主战场服务。

80年代初以来，电机系的科学研究有很大的发展。以科研方向为基础的科研组成为科研活动的细胞，在电机系的科研迅速发展中起到了重要的作用。在此基础上，80年代未电机系与热能系开始筹建“电力系统及发电设备控制和仿真”国家重点室，1995年10月建成，通过了国家的验收。1999年，电机系还与自动化系、核研院、微电子所等单位共建了“电力电子工程研究中心”。

根据电机系学科结构和发展的需要，1988年电机系系名改为“电机工程与应用电子技术系”。