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、电子三科，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。
1937年抗日战争爆发后，土木工程系随学校南迁长沙、昆明，以本系为主成立西南联合大学土木工程系，设结构、铁路道路、水利、市政卫生四科。1946年土木工程系迁回清华园。
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。
2000年，为适应形势的需要，在土木工程系和水利水电工程系的基础上成立了土木水利学院，并在两系各自的工程管理相关专业的基础上成立了建设管理系。
土木水利学院的成立，形成了“按一级学科建系，按二级学科建所，按相关一级学科群建院”的学科布局。在人才培养上，土木工程、水利水电工程、工程管理三个专业共同形成“工程技术加工程管理”的人才培养模式。在科学研究上，重视基础研究、注重工程应用、适应国家需求、推动学科发展。
土木水利学院的主要教学科研场地包括新土木馆(何善衡楼)、新水利馆、旧水力馆、土建基地、泥沙馆等。
