清华大学的前身清华学堂始建于1911年，1912年更名为清华学校。1928年更名为国立清华大学。1937年抗日战争全面爆发后南迁长沙，与北京大学、南开大学组建国立长沙临时大学，1938年迁至昆明改名为国立西南联合大学。1946年迁回清华园，设有文、法、理、工、农等5个学院、26个系。

土木工程系是清华大学历史最悠久的系科之一。早在1916年清华学校(清华大学前身)即开始招收土木工程学科的留美专科生。1925年清华学校建立大学部，1926年学校成立工程系，含土木、机械、电机三科，由此正式揭开土木工程系的历史。1928年，清华学校更名为"国立清华大学"，设文、理、法、工四个学院，16个系，其中有土木工程系。

新中国成立后,1952年全国高校院系调整，北京大学、燕京大学的土木系并入清华大学土木系，设有工业与民用建筑设计、建筑施工、给排水、暖通、建筑材料五个专业，学制5年。同年水利学科单独建立水利水电工程系。1960年与建筑系合并成立土木建筑系。1966年"文化大革命"爆发，停止招生数年。到1970年招收第一届工农兵学员。同年，土木建筑系改称建筑工程系。

1977年恢复统一考试，招收"文革"后的第一批本科生，1978年招收"文革"后的第一批研究生。1979年暖通专业调入热能工程系。1980年建筑工程系分成建筑系、土木与环境工程系，1984年土木与环境工程系又分为土木工程系、环境工程系。1986年土木工程系增设"建筑管理"专业。