热能工程系的前身是清华大学1932 年设立的机械工程学系动力工程组， 1952 年成立动力机械系，1978 年改名为热能工程系。经过几代人的不懈努力，清华大学热能工程系已成为我国能源高效、清洁、低碳转化和利用领域享有盛誉的高级人才培养基地及能源基础科学问题和先进技术的重要研究基地，也是国际知名的学术交流中心。
　　热能工程系由5 个研究所组成，分别为“工程热物理研究所”、“热能工程研究所”、“动力机械与工程研究所”、“流体机械及工程研究所”和“热能动力仿真与控制研究所”。全系拥有雄厚的师资力量：现有教授33 名，包括中国科学院院士1 名、中国工程院院士3 名、美国工程院和美国艺术与科学院双院院士1 名、“****”引进教授1 名、“****计划”特聘教授4 名、杰出青年基金获得者2 名、副教授26 名和讲师10 名，多数教师均具有博士学位。此外，还聘有9 名国内外著名学者和技术专家作为客座教授、顾问教授。
　　热能工程系设有“能源动力系统及自动化”（原热能与动力工程）一个本科专业，每年招本科生90 名。硕士和博士研究生招生及培养按照学科进行，每年招收硕士研究生40 名，博士研究生40 名。全系设有“动力工程及工程热物理”一个一级学科，下设“工程热物理”、“热能工程”、“动力机械及工程”、“流体机械及工程”四个二级学科，其中“工程热物理”、“热能工程”、“动力机械及工程”是国家重点学科。在历次学科评估中，“动力工程及工程热物理”一级学科和几个重点二级学科在全国都名列前茅。
　　1988 年，热能工程系首批成立“动力工程及工程热物理”博士后流动站，该博士后流动站2005 年、2010 年先后两次荣获“全国优秀博士后科研流动站”称号。
　　热能工程系始终把人才培养作为核心工作。经过多年的实践和完善，本系建立了门类齐全、内容丰富而新颖的本科生和研究生课程体系。其中，“工程热力学”、“传热学”“燃烧理论”是国家精品课程。此外，还有一批在国内同行中享有盛名的专业课程以及面向全校多个院系和学科开设的工程技术基础课。注重理论与实践结合、培养学生的实践和创新能力是热能工程系人才培养的重要特色，所建立的“动力工程及工程热物理”实验教学中心，从硬件、软件环境和运行机制上，给广大学生提供了一个一流的教学实践平台。
　　热能工程系始终把为人类的科学体系贡献知识、为经济社会发展贡献科技成果作为自己的使命。本系建有“工业锅炉及民用煤清洁燃烧国家工程研究中心”、“燃气轮机与煤气化联合循环国家工程研究中心”、“热科学与动力工程教育部重点实验室”，并与电机工程与应用电子技术系合作建有“电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室”，与水利水电工程系共同建设“水沙科学与水利水电工程国家重点实验室”。广大师生一方面紧跟世界科技发展的前沿，进行高水平的基础研究和高技术的开发，同时面向国家国民经济建设的主战场，努力将科学技术转化为生产力。先后完成多项国家（973）重点基础研究发展计划、国家自然科学基金、国家（863）高技术研究发展计划、国家科技攻关等科研项目及有关部委和国内外企业的科研合作项目，研究涉及能源、电力、国防、动力、航天航空、环保等工业领域和行业，取得了重要的科研成果，多次获得国际、国家、省市部委的奖励。　
　　热能工程系与国际一流大学、研究机构和著名能源企业具有广泛的联系和高水平、实质性合作。所参与的清华大学- 英国剑桥大学- 美国麻省理工学院三校低碳能源大学联盟，开创了我国与世界一流大学实质性、常态化合作的先河。与国际著名能源企业，如英国石油公司、三菱公司、东芝公司等建立的一批联合研究机构对开阔国际视野、开展前沿性基础研究和技术研发起到了极大的推动作用。