Die Gründung als „k.k. polytechnisches Institut“
Zu Beginn des 19. Jahrhunderts wollte Kaiser Franz I. ein nationales Spitzeninstitut für die Ausbildung in den technischen Fächern schaffen, um die Wirtschaft des österreichischen Kaiserreichs zu stärken. Zum ersten Direktor des geplanten Instituts wurde Johann Joseph Ritter von Prechtl berufen. Er erstellte das erste Organisationstatut. Abweichend vom Modell der Pariser Ècole polytechnique (gegründet 1795) entwickelte er für Wien ein Konzept, das ausdrücklich nicht militärisch orientiert, sondern auf die Bedürfnisse der Bürgergesellschaft ausgerichtet war. Zukunftsweisend war sein Entwurf einer universitätsähnlichen Institution für die technischen Wissenschaften, mit Lehr- und Lernfreiheit für Professoren und Studenten und mit weit über den eigentlichen Lehrbetrieb hinausgehenden Aufgaben.
Mit der feierlichen Eröffnung am 6. November 1815 nahm das k.k. polytechnische Institut als erste technische Universität des deutschsprachigen Raums den Studienbetrieb auf.

Meilensteine in der Geschichte der TU Wien
1865 wurde das polytechnische Institut vollkommen neu strukturiert. Erstmals wurde eine Gliederung in Fachschulen eingeführt (seit 1928 als Fakultäten bezeichnet) sowie eine Rektoratsverfassung. Die Reorganisation bedeutete eine Konzentration auf die eigentlichen technischen Disziplinen, die bisher ebenfalls angebotene Ausbildung in den kommerziellen Fächern wurde aufgelassen.
1872 wurde das polytechnische Institut in „k.k. technische Hochschule in Wien“ umbenannt. Das neue Organisationsstatut überdauerte zwei Weltkriege und blieb bis 1945 bestehen. Wichtige Neuerungen in dieser Zeit waren die Verleihung des Promotionsrechts an die technischen Hochschulen im Jahr 1901 und der Studienzugang für Frauen im Jahr 1919. Außerdem kamen ab 1903 mit dem Bau des Elektrotechnischen Instituts und ab 1918 mit der Übernahme der Gebäude des ehemaligen k. u. k. technischen Militärkomitees am Getreidemarkt erstmals zwei neue Standorte hinzu.
Der „Anschluss“ Österreichs an das Deutsche Reich 1938 brachte der Technischen Hochschule in Wien zwar Zugang zu den Forschungsressourcen des NS-Staates, insbesondere im Bereich der Rüstungsforschung. Zugleich war er mit schmerzhaften Verlusten verbunden. Zahlreiche Wissenschafter und Studierende wurden aus rassischen und politischen Gründen vom Hochschulbetrieb ausgeschlossen, zur Emigration gezwungen, verschleppt oder ermordet. Viele Angehörige der Hochschule kamen im Krieg ums Leben.
Der Wiederaufbau nach 1945 war schwierig, und erst seit Mitte der 1960er Jahre erlebte die Hochschule einen wirklichen Aufschwung – auch vor dem Hintergrund der rasanten Entwicklung des technisch-naturwissenschaftlichen Wissens und der in allen Lebensbereichen steigenden Bedeutung der Technik.
Seit den 1970er Jahren stiegen die Hörerzahlen deutlich an. Ausbauprojekte, u.a. das „Freihaus“ an der Wiedner Hauptstrasse, sorgten für eine verbesserte Infrastruktur und mehr Platz. Die Umwandlung in eine Universität 1975 durch das Universitäts-Organisationsgesetz stellte einen wichtigen Eckpunkt der weiteren Entwicklung dar. 1990 konnte die TU Wien ihr 175-jähriges Bestehen feiern.
Die volle Autonomie für alle österreichischen Universitäten brachte das Universitätsgesetz 2002, das mit 1. Jänner 2004 in Kraft getreten ist. Zugleich wurde die Universität in acht Fakultäten neu gegliedert, die Leitung liegt nun beim Rektorat und einem neu geschaffenen Universitätsrat. Ab Oktober 2011 wird erstmals eine Rektorin an der Spitze der TU Wien stehen.