清华大学精密仪器与机械学系建立于1984年，其前身为成立于1932年的清华大学工学院机械系，五十年代院系调整为清华大学机械制造系，六十年代初又调整为精密仪器与机械系，八十年代更名为现今的精密仪器与机械学系。
近年来，随着微电子、计算机、自动控制、激光等新技术及现代机械设计、现代制造工程、现代控制及信息理论的发展，我系不断突破传统领域，更新教学内容，使之适应世界科学技术的发展和国民经济建设的需要，逐步形成了机、光、电结合多学科交叉的特点。
目前，我系拥有精密仪器及机械、光学工程、机械设计及理论和
机械制造及其自动化等四个全国重点学科，在2001－2003年的全国一级学科评估中，
仪器科学与技术、光学工程、机械工程三个一级学科均排名第一。本系实行本科——研究生统筹培养，本科学制四年。为拓宽学生专业知识面，前两学年为基础平台课程，第学三年按“
机械工程及自动化”、“
测控技术与仪器”和“微机电系统工程”（新增）三个专业方向选课。最后根据研究生推荐分流和选课情况核发本科毕业证书和学士学位证书。
全系始终把教学与人才培养的任务放在首位，注重德育，注重基础，为适应二十一世纪光机电工业发展的需要,要求学生具备扎实的数学、物理和力学的基础，熟练掌握外语和计算机两门工具，学习现代设计制造、计算机与控制、应用电子测试与信号处理、激光应用与光电等技术，以及人文、管理等课程，使学生具有宽厚的基础知识，并能在工程实际中综合应用机、光、电、控技术。在培养过程中十分重视加强工程实践的训练，注重分析问题、解决问题和创造能力的培养。积极组织学生参加工程设计、生产实践、课外科技活动和全校机械设计大奖赛。已举办的3届全校机械设计大奖赛中，每次都有本系学生获得一等奖。94年还夺得全校学生科技活动“挑战杯”。全系学生坚持德智体全面发展，文体活动蓬勃开展，连续四次获得“马约翰杯”。从95级学生开始，全系进行“统筹本科--硕士培养计划，优化培养过程”的人才培养模式改革试点。从五十年代至今，已培养本科生5000余名；自1978年以来培养硕士生近千名；自1985年以来培养博士生四百余名。在近几年的全国百篇优秀博士论文评选中，我系三名博士生的论文获此殊荣。
全系建有“摩擦学”和“精密测试技术与仪器”两个
国家重点实验室，“国家CIMS（ComputerIntegratedManufacturingSystem）”和“光盘”两个
国家工程研究中心以及微米纳米技术研究中心、宇航技术研究中心和绿色制造中心等，还建有国家工科机械基础教学基地，现代测试教学中心和创造性设计实验室等7个教学中心或基地。全系科研坚持为国民经济服务和跟踪世界科技发展前沿，每年承担国家重点科技攻关项目、973基础研究项目、863高技术项目、
国家自然科学基金项目及其它科技开发项目等近百项。早在1958年，研制了我国第1台
数控机床，与美、苏、日并驾齐驱。60年代，研制了我国第1台劈锥铣，为国防作出贡献。70年代，研制开发了分步重复自动照相机、
图形发生器、光刻机、电子束曝光机工件台等半导体设备，其中“分步相机”应用于全国100多个厂家，受到好评；研制了多种磁盘测试仪器，促进了我国电子工业的发展。“七五”、“八五”期间，面向大型机械制造业的大尺寸测量研究达到世界先进水平，研制的大型电站发电机组状态监测与故障诊断系统获国家科技进步三等奖并得到推广应用，光/热效应型可直接改写光盘技术研究获得国家发明二等奖。90年代，与自动化系、机械系等单位合作建成了我国第一个CIMS实验工程中心，获得美国制造工程师学会（SME）颁发的“大学领先奖”；
摩擦学国家重点实验室的基础研究成果达到国际先进水平，微米、纳米技术也取得了国际水平的研究成果。“七五”期间，全系获得各种奖励32项。“八五”期间，科研经费显著增加，获得国家级和省部级奖励33项，其中国家发明奖：二等奖1项，三等奖2项，四等奖4项。根据学校“211工程”规划，先进制造技术与微米/纳米技术被列为学校重点建设学科和新的学科生长点。