清华大学的航空与力学学科起源于20世纪30年代。1934年，清华大学筹备航空工程组，成为我国最早创办的航空工程专业。1936年设立航空研究所，1938年成立航空工程系，1951年成立航空工程学院。1952年因院系调整，航空学院被从清华大学划分出去。历史上，清华的航天航空专业为国家培养了大批的科学家及专业人才，在高等教育、科学研究、经济建设和国防安全事业中做出了重要贡献。1958年，为了推动航天技术的研究，清华大学成立了工程力学系。1998年，清华大学成立了宇航技术中心，并分别在2000年和2004年发射了自己研制的卫星。2004年5月18日，清华大学重建航天航空学院（简称航院），并聘请了我国首任载人航天工程总设计师王永志院士担任院长，至今整整十年时间。
目前，清华航院下设航空宇航工程系、工程力学系，另有宇航技术研究中心挂靠学院。其中工程力学系下设固体力学、流体力学、工程热物理和生物力学与医学工程等4个研究所，航空宇航工程系下设工程动力学、飞行器设计、推进与动力技术、人机与环境工程和空天信息技术等5个研究所，以及航空发动机研究中心。为了推动学科交叉和参与航空航天技术研究，航院还成立了若干横跨院系的交叉研究中心，包括航空技术研究中心、微纳米力学交叉研究中心、航空发动机研究院等，并与若干航空航天的研发单位建立了联合研究中心。
航院现有本科生约500名，研究生近600名。从2002年开始招收“飞行器设计与工程”专业的国防定向生；从2005年开始，航院开设航天工程硕士研究生班以及航空工程硕士班，首批航天员在此学习并获得硕士学位；2011年开始与空军联合创建飞行学员班。如今,航院培养的毕业生已经遍布航空航天研究单位。
在科研领域，航院依托力学与工程热物理等学科雄厚积累，已经形成了力学、动力工程与工程热物理、航空宇航科学与技术等重点科研方向，可细分为飞行器设计、人机与环境工程、推进与动力技术、空天信息技术、固体力学、流体力学、生物力学、动力学与控制、传热、燃烧等。学院拥有应用力学教育部重点实验室、神经调控国家工程实验室，共建了热科学与动力工程教育部重点实验室等。近年来，航院完成的科研成果获得多项国家级科研奖励，除了在力学与工程热物理方向继续保持国内领先国际先进水平外，还参与了我国载人航天、探月、大飞机等重大工程专项的关键技术研究工作，并发挥了重大作用。其中基于航天员生理信号检测技术开发的脑起搏器等成果创造了良好的产业化前景。
