1932年清华大学机械工程学系成立，计划设原动力工程组、飞机与汽车组和机械制造组，内燃机课为全系三年级必修课之一。
1934年飞机与汽车组改为航空工程组，汽车工程课列入原动力工程组选课计划。机械工程系馆、各实习车间及热力工程实验室建成。
1950年和1951年动员学生参加重工业部汽车工业筹备组组织的暑期培训班及随后一年的对口实习。机械系高年级学生分为制造组、动力组和汽车组。
1952年全国高校院系调整，清华设立了机械制造系和动力机械系，并在动力机械系内设置了汽车专业，学制五年，组建了汽车教研组。
1953年汽车专业改名为汽车拖拉机专业，教研组改称为汽车拖拉机教研组。
1956年“汽车楼”和Π字型的汽车试验室、发动机试验室落成，总建筑面积3000平方米。同年设立汽车拖拉机发动机教研组。
1959年起开始从毕业生中招收研究生。
1960年国家农业机械部与清华大学合办农业机械学院，后改为农业机械系，汽车拖拉机专业划归农机系，并增设农用机电专业，设立了汽车、拖拉机、发动机三个教研组。
1970年农业机械系撤消，汽车拖拉机专业改为汽车专业，与校机械厂合并，成立清华大学汽车厂，开始生产727牌3．5t载重汽车。历时一年后又恢复了校机械厂名称，开始研制490Q柴油机。
1977年汽车专业回归动力机械系。后动力机械系改名为热能工程系，并增设内燃机专业，复建了汽车和内燃机教研组。汽车专业当年恢复高考招生，内燃机专业次年首次招生。
1978年起恢复招收研究生。
1980年由热能工程系的汽车和内燃机两专业组建汽车工程系，一机部汽车局拨款100万元资助。
1981年“汽车设计制造”和“内燃机”专业第一批获得硕士学位授予权，“汽车设计制造”专业获得博士学位授予权。
1986年中汽公司与清华大学签订了共建清华大学汽车研究所的协议。汽研所科研楼及实验室于1988年破土动工，1993年4月竣工。
1988年开始与企也合作共同培养应用型、复合型硕士研究生。
1989年由国家计委批准筹建汽车安全与节能国家重点实验室，1990年正式启动建设工作，1995年通过了国家验收，正式投入运行和对外开放。
1991年设立机械工程博士后流动站，1997年又设立动力工程与工程热物理博士后流动站。
1993年起汽车专业和内燃机专业合并为汽车工程专业，包含汽车底盘、汽车发动机、汽车车身3个方向。
1996年起实行“4＋2”本硕贯通学制。
1997年本科生专业改为车辆工程专业，研究生按“车辆工程”和“动力机械与工程”两个二级学科培养。
2000年汽车车身方向扩展为汽车车型与车身设计方向。
2001年“车辆工程”和“动力机械与工程”均被评为全国重点学科，此后按一级学科授予硕士、博士学位。
2008年车辆工程专业被列入国家高等学校特色专业建设点。
2010年《汽车安全与节能学报》在我校创刊。
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