1958年9月20日，中国科学技术大学成立，全校设置12个系，我系当时的名称是物理热工系，由我国著名老一辈科学家、中国科学院动力研究室研究员吴仲华院士担任首任系主任。 

　　1960年4月3日，"物理热工系"更名为"工程热物理系"，下设燃气轮机及喷气发动机、原子能动力和工程热物理等专业。 

　　1961年5月9日，根据中央"调整、巩固、充实、提高"的方针，报经中国科学院、教育部同意，学校将原有的13个系46个专业合并为12个系30个专业，工程热物理系与力学和力学工程系合并为近代力学系，工程热物理系转为工程热物理专业，主要培养喷气发动机热物理方面的科研人员。

　　1970年随学校下迁到合肥市。1981年11月25日，国务院批准我校为首批博士和硕士学位授予单位，工程热物理成为学校首批有硕士学位授予权的24个学科、专业之一。 

　　1983年3月23日，经中国科学院批准在学校恢复工程热物理系。吴仲华先生任系主任，葛新石先生任工程热物理系第一副主任。1984年11月23日，葛新石任工程热物理系主任。1985年2月28日，王永堂任工程热物理系党总支书记。 

　　1991年6月29日，经人事部、全国博士后管理委员会批准，在工程热物理系设动力工程及工程热物理学科的博士后流动站。1992年6月15日，学校遴选出9个首批校级重点学科，我系工程热物理学科是其中之一。 

　　12月22日，“工程热物理系”更名为“热科学和能源工程系”。除继续培养航空航天领域的专业技术人员外，也培养从事新能源和低温与制冷技术方面的研究人员。 

　　2002年1月，我系工程热物理学科被评为安徽省重点学科。2003年10月，经国务院学位委员会批准，我系成为动力工程及工程热物理的一级学科博士学位授权点。 

　　继吴仲华、葛新石之后历任系（执行）主任依次为范维澄院士（1993-1996）、陈义良教授（1996-2000）、程晓舫教授（2000-2001）、季杰教授（2001-2009）、王晓宏教授（2009-2014）、裴刚教授（2014-2019），程文龙教授（2019-2022），现任执行系主任为谈鹏教授。 

　　本系拥有国家一级学科点及博士后流动站（动力工程及工程热物理学科），在三个专业方向上具有博士学位授予权，分别为工程热物理专业（1986）、热能工程（2003）、制冷及低温工程（2003）。 

　　本系与国际及港澳地区高校有着密切的合作关系；与中国科学院所属广州能源研究所、工程热物理所、上海技术物理研究所以及核能安全技术研究所在学科建设和本科生及研究生培养等方面进行了卓有成效的合作，实现了资源共享和优势互补。本系通过和国内外科研机构的广泛合作，近年来在太阳能、生物质能、储能技术、工业节能、建筑节能、稠油热采、航天热控、航空动力、材料热物性、交通流、流动与传热、湍流燃烧、等离子体应用以及生物传热等领域开展研究工作，形成了特色鲜明的研究方向。现有中科院太阳能光热综合利用研究示范中心、安徽省生物质能源工程技术研究中心、太阳能光热综合利用安徽省重点实验室、安徽省新型能源梯级利用工程实验室等多个省部级重点科研平台，以及全国燃烧节能净化标准化技术委员会秘书处承担单位。

　　本系现有教职工及兼职教授、博导60余名，其中教授、研究员30余人（含兼职教授11人，中国科学院院士2人，中国工程院院士1人，国家基金委杰青1人，领军人才1人，国家高层次青年人才计划4人、国家“973”项目首席2人，国家级新世纪百千万人才2人）；副教授/副研究员（含特任）16人。同时与美国、英国、澳大利亚、香港等海外学术机构建立了长期的合作研究和人才交流关系，外聘国际客座教授2人。