Za datę powstania szkolnictwa technicznego w Warszawie przyjmuje się 1826 rok, w którym została otwarta Szkoła Przygotowawcza do Instytutu Politechnicznego. Szkoła ta miała 4 wydziały: Inżynierii, Chemiczny, Mechaniczny i Handlowy. W pierwszym roku funkcjonowania na zajęcia uczęszczało 44 studentów. Inicjatorem jej powstania i autorem programu nauczania był działający w Komisji Wyznań Religijnych i Oświecenia Publicznego Stanisław Staszic – wszechstronny uczony i działacz oświaty. Niestety, w ramach represji po wybuchu Powstania Listopadowego, szkoła ta została zamknięta w 1831 roku.
Przez następnych prawie 60 lat, mimo intensywnego rozwoju przemysłu i infrastruktury komunikacyjnej na ziemiach polskich, nie było możliwości kształcenia techników w kraju. Ich funkcje pełnili w znacznej mierze cudzoziemcy oraz Polacy wykształceni na uczelniach zagranicznych.
Pod koniec XIX wieku car Mikołaj II uległ sugestii społeczeństwa polskiego i zebraną w ramach zbiórki publicznej ogromną sumę jednego miliona rubli przekazał – wraz ze swoją zgodą – na budowę w Warszawie Instytutu Politechnicznego swego imienia. W ten sposób powstała uczelnia, w której jesienią 1898 roku rozpoczęto zajęcia (w języku rosyjskim) na trzech Wydziałach: Mechanicznym, Chemicznym i Inżynieryjno-Budowlanym, a w 1903 na Wydziale Górniczym. W 1899 r. rozpoczęto budowę pierwszych gmachów dla nowej szkoły. W skład wzniesionego wówczas kompleksu wchodził Gmach Główny, Gmach Chemii, Gmach Fizyki i Gmach Mechaniki oraz dwa budynki mieszkalne dla administracji i profesorów.
Fakt obowiązywania rosyjskiego języka wykładowego był powodem częściowego bojkotu szkoły ze strony młodzieży polskiej, która wybierała często studia na uczelniach Niemiec czy Francji. Żądanie wprowadzenia do szkoły polskiego języka wykładowego było jednym z haseł fali strajków, która przetoczyła się przez ziemie Królestwa Polskiego w 1905 roku. Ich efektem było zamknięcie Instytutu Politechnicznego na okres następnych czterech lat.
W wyniku wybuchu I wojny światowej pojawiła się możliwość realizacji postulatu nauczania we własnym języku, wykorzystano do tego polityczne projekty stron konfliktu walczących o przychylność społeczeństwa. Po zajęciu Warszawy przez Niemców uzyskano zgodę na inaugurację działalności Politechniki jako uczelni polskiej, z narodowym językiem wykładowym. Kuratorem Politechniki Warszawskiej i Uniwersytetu Warszawskiego z ramienia władz niemieckich został Bogdan hr. Hutten-Czapski. Uroczyste otwarcie obu uczelni nastąpiło 15 listopada 1915 roku. Inauguracja roku akademickiego miała miejsce w Auli Fizyki. Wzięli w niej udział prezydent Warszawy Z. Lubomirski i niemiecki generał – gubernator Hans von Beseler, który nadał Politechnice Warszawskiej pierwszy statut. Studia były prowadzone na czterech Wydziałach: Architektury, Budowy Maszyn i Elektrotechniki, Chemicznym oraz Inżynierii Budowlanej i Rolnej. Pierwszym rektorem został profesor Zygmunt Straszewicz.
Utworzenie Politechniki Warszawskiej dawało młodzieży możliwość studiowania bez względu na stan majątkowy czy wyznanie.
W związku ze zmieniającą się sytuacją polityczną na świecie i nadziejami Polaków na przywrócenie państwa polskiego jesienią 1918 roku studenci zaczęli masowo zgłaszać się do formującego się wojska polskiego. Wobec tej sytuacji senaty warszawskich uczelni wydały wspólną odezwę o zawieszeniu zajęć. Do dyspozycji Józefa Piłsudskiego oddał się Akademicki Komitet Wykonawczy - stworzona spontanicznie organizacja młodzieży warszawskich uczelni. 11 listopada 1918 roku Komitet przedstawił Naczelnemu Wodzowi deklarację powołania Legionu Akademickiego - jednostki wojskowej złożonej ze studentów.
W lecie 1920 roku, Gmach Główny stał się siedzibą sztabu generała Józefa Hallera. Opracowano tu projekt obrony Warszawy. Duża liczba studentów i wykładowców wstąpiła ochotniczo do wojska, by stanąć w obronie Warszawy. Polacy odnieśli zwycięstwo w wojnie z bolszewikami, a 15 listopada 1920 roku Politechnika Warszawska rozpoczęła działalność w warunkach pokoju.
W okresie międzywojennym nastąpił znaczy rozwój Politechniki Warszawskiej. Wzniesiono budynek Nowej Kreślarni i rozbudowano budynek mieszkalny przy ul. Nowowiejskiej. Pozyskano nowe tereny przez dołączenie usytuowanej u zbiegu ul. Nowowiejskiej i ul. Topolowej (dziś Aleje Niepodległości) działki o powierzchni 26.600 m2. Na tym terenie wybudowano budynek Instytutu Aerodynamicznego, a wkrótce potem gmachy Elektrotechniki i Technologii Chemicznej.
Wraz z wybuchem II wojny światowej część pracowników została zmobilizowana, część opuściła miasto. Obostrzenia wprowadzone przez okupanta przyczyniły się do zintensyfikowania wysiłków w celu zorganizowania tajnego nauczania. Pracownicy PW prowadzili je zarówno na kompletach, w mieszkaniach prywatnych, jak i w legalnie działających szkołach zawodowych.
W latach 1942‒1945 działała utworzona przez Niemców Państwowa Wyższa Szkoła Techniczna, z poziomem nieco wyższym niż szkoła średnia. Zajęcia w szkole odbywały się w języku polskim.
W czasie Powstania Warszawskiego teren uczelni był miejscem zaciekłych walk Powstańców. W budynku architektury mieścił się sztab i szpital polowy. Zmasowany szturm wroga na Politechnikę nastąpił w dniu 19 sierpnia W nocy z 20 na 21 sierpnia oddziały kapitana „Golskiego” zajęły ruiny Gmachu Głównego oraz budynek Wydziału Chemicznego. O świcie niemieckie kontrnatarcie zmusiło polskie oddziały do odwrotu.
Odbudowę Politechniki podjęto w 1945 roku. Do końca 1945 roku uruchomiono wszystkie wydziały funkcjonujące przed wojną.
Od 1915 roku trwa okres nieprzerwanej działalności Politechniki Warszawskiej – mimo dwóch wojen światowych, zdelegalizowania uczelni w trakcie okupacji hitlerowskiej i związanego z nią terroru, oraz represji władz komunistycznych wobec środowiska akademickiego w latach 60. i 80. ubiegłego wieku, działała ona nieprzerwanie, zwiększając zakres kierunków kształcenia oraz powiększając liczbę studentów. W ostatnim roku akademickim przed drugą wojną światową (1938/1939) na 4 wydziałach studiowało nieco ponad 5 tysięcy studentów, z czego tylko ok. 5% stanowiły kobiety. W roku akademickim 2014/2015 na 36 kierunkach (w ramach 19 wydziałów i 1 kolegium), w tym również w języku angielskim, studiowało ponad 36 tysięcy studentów i doktorantów, z czego prawie 40% stanowiły kobiety. Wzbogacił się również wybór form i poziomów kształcenia: personel naukowo-dydaktyczny i techniczny Politechniki liczy obecnie około 5000 osób, z tego nauczyciele akademiccy stanowią niemal połowę.