北京大学的工科教育历史悠久，1910年3月即组织了工学院（当时称工科分科大学）,下设土木、矿冶两个系（当时称门）。1916年以后，北大工学院经过停办、再建、扩大，到1952年已培养了近 5000名学生；其后工学院的师生中陆续有23人（教师12人、毕业生11人）入选两院院士。

1952年全国院系调整，北大工学院的机械、电机、土木、建筑四个系合并到清华大学，化工系合并到天津大学；北京大学工学院建制取消。同年，在院系体制改革中，北京大学数学力学系的力学专业建制成立。它是中国第一个力学专业。经过力学前辈们倡导确立了力学专业的办学方向、力学人才的培养模式；培育了强调基础理论、重视实验研究、理论联系实际等优良学风；并开拓了湍流研究等学术方向。

为了响应当时“三线建设”规划的需要，北京大学校方于1969年10月将北京大学数学力学系力学专业、技术物理系、无线电系一起迁到陕西汉中地区。

北京大学汉中分校（653分校）力学系于1972年成立。北京大学汉中分校于1978年底迁回北京。

1979年3月24日，北京大学力学系成立。

1995年力学系更名为力学与工程科学系。

1995年底，“湍流研究国家重点实验室”通过科技部验收正式成立，2001年实验室更名为“湍流与复杂系统国家重点实验室”。

2005年6月，北京大学重新组建了工学院。成立了能源与资源工程系、生物医学工程系、先进材料与纳米技术系和工业工程与管理系。

2006年3月，北京大学力学与工程科学系整体并入北京大学工学院。

2010年，工学院成立航空航天工程系。