北京大學的工科教育歷史悠久，1910年3月即組織了工學院（當時稱工科分科大學），下設土木、礦冶兩個系（當時稱門）。1916年以后，北大工學院經過停辦、再建、擴大，到1952年已培養了近5000名學生；其后工學院的師生中陸續有23人被評為中國科學院院士、中國工程院院士。1952年全國院系調整，北大工學院的機械、電機、土木、建筑四個系合并到清華大學，化工系合并到天津大學；北京大學工學院的建制取消。
同年，著名科學家周培源教授創立了北京大學數學力學系力學專業，這是新中國的第一個力學專業。自創立之日起，以周培源為代表的一大批著名學者，如：錢敏、吳林襄、葉開沅、陳耀松、董鐵寶、王仁、周光炯、孫天風等為北大力學的創立付出了他們的努力和智慧，奠定了北大力學系發展的堅實基礎。1979年3月24日，北京大學力學系成立。
經過幾代人的艱苦創業、辛勤耕耘，力學系在教學、科研和基礎建設等各方面取得了很大發展，培養出一大批優秀力學與工程技術人才，他們已經成為科技、教育、國民經濟與國防建設各行業的領軍人物、技術骨干、力學與其它方面的專家學者。當選為中國科學院院士和中國工程院院士的12位校友就是他們的杰出代表。
隨著我國社會的發展，現代工業技術愈加處于關鍵地位。北京大學原有的學科設置偏向文、理、醫等學科，在基礎學科教學、科研實力占據國內首屈一指地位的同時，面向現代工業技術的工程學科未得到充分發展。在這樣的背景下，與國家需求、經濟建設相結合，創造自主知識產權，實現工業興國戰略，幫助北京大學基礎學科研究成果進行產業化轉化，為祖國的建設服務，就成了擺在北京大學面前的一項重要使命；另一方面，北京大學要建設成為世界一流大學，在未來尖端新技術的前沿學科和交叉學科占有一席之地，學科完備十分重要。這些需求，就要求北京大學大力發展工程學科。
北京大學在工程技術人員培養、應用科學研究及技術開發等方面有進一步提高的空間。從目前的條件和國家發展形勢來看，北京大學有條件組建起點較高的新的工學院的模式，使之成為完備的研究型大學。2005年2月，北京大學校長辦公會議決定利用自身強大的理科、醫科以及人文科學的綜合學科優勢，重新創建工學院。
工學院從成立開始就從高起點出發，立足于尖端科技、交叉學科，著眼于未來工程科學和新技術的發展方向，面向國家迫切需要及關系國家中長遠經濟發展的科學與技術研發。因此，北大工學院的發展不片面追求規模，而是以培育核心創造能力為中心，有所為、有所不為，優中求精。同時，學院采用與國際接軌的院長負責制，實行“教授治學，民主治院”。
學院重建以來，在學科發展、隊伍建設、科學研究、人才培養、合作與發展等方面取得了突出成績。
學院現設有6個系和近20個研究機構，它們中多數已經達到國內一流水平，有的已經進入世界先進學科的行列。
學院教師實行國際通行的聘任制度(Tenure-Track)，面向全世界公開招聘優秀人才。目前學院有正式教師120人，其中有院士10名，長江學者、國家杰出青年基金獲得者等50余人，并有國家自然科學基金“創新群體”3支，教育部“創新群體”2支。他們在多個領域領軍著國家的重大科技攻關工程。也是北京大學高端人才比例最高的學院之一。
工學院現有6個本科專業、12個碩士點和11個博士點。高水平、國際化的教學體系是學院的教學特色。學院是國家基礎科學人才培養基地，在保持北京大學高水平的教學傳統的同時，大力推進課程與教學改革，在培養科學家的同時，加大培養科技工程及產業領袖的力度，并通過聯合培養、交流等多種形式，加快教育國際化。早在2009年初，學院即開始了與美國佐治亞理工大學和艾默里大學的生物醫學工程聯合博士學位，此外，學院還開拓了一系列創新性的教學科研項目，為學生提供多樣化的教學平臺和對外交流學習的機會。如與美國南加州大學開展的“世界課堂”、與美國斯坦福大學、加拿大多倫多大學和新加坡國立大學聯合舉辦的聯合設計項目。目前，學院已與20多個國家和地區的院校建立了良好的交流合作關系，學院也承辦了一系列重大的國際活動，如學院于2011年10月成功主辦了2011全球工程教育領袖峰會即“全球工學院院長大會”，來自全球近三百余位工學院院長齊聚北大，共商全球工程教育發展，而2013年“國際太陽能十項全能競賽”在北京大學的隆重啟動，吸引了世界多個國家和地區的大學積極參加此項活動，近日還公布了這一項目的承辦城市并舉行了第二屆國際新能源高峰論壇。
2015年，北京大學工學院被評為國家外國專家局和教育部聯合實施的“高校國際化示范學院推進計劃”第二批試點學院之一。
近5年來，工學院共負責和參與各類項目1000余項，其中國家級項目300余項。目前在研科研項目413項，其中負責的973、863、國家杰出青年科學基金、NSFC重點項目、NSFC重大研究計劃重點項目、NSFC創新群體、NSFC國際合作研究項目、工信部重大科技攻關、科技部支撐計劃及重大科學研究計劃和重大專項等重要項目或課題超過50項。近幾年學院人均科研經費和SCI論文均居全校前列。
“用世界的智慧與力量辦世界一流工學院”是學院的辦學理念。學院成立了由世界著名科學家組成的指導委員會及國內外大型企業領袖和地方政府領導組成的理事會，為學院的發展戰略、資源拓展獻計出力。產學研結合是學院辦學的重要戰略舉措，學院創新機制，與多個地方或企業建立了產學研基地或聯合研究機構，一批具有國際領先水平的項目順利完成開發并成功實現了產業化，取得了較好的經濟社會效益，得到黨和國家領導人的高度評價，在產學研結合方面闖出了一條新路。
