1958年9月20日，中國科學技術大學成立，全校設置12個系，我們系當時的名稱是物理熱工系，由我國著名的老科學家、中國科學院動力研究室研究員吳仲華擔任主任。 

　　1960年4月3日，"物理熱工系"更名為"工程熱物理系"，下設燃氣輪機及噴氣發動機、原子能動力和工程熱物理等專業。 

　　1961年5月9日，根據中央"調整、鞏固、充實、提高"的方針，報經中國科學院、教育部同意，學校將原有的13個系46個專業合并為12個系30個專業，工程熱物理系與力學和力學工程系合并為近代力學系，工程熱物理系轉為工程熱物理專業，主要培養噴氣發動機熱物理方面的科研人員。

　　1970年隨學校下遷到合肥市。1981年11月25日，國務院批準我校為首批博士和碩士學位授予單位，工程熱物理成為學校首批有碩士學位授予權的24個學科、專業之一。 

　　1983年3月23日，經中國科學院批準在學校恢復工程熱物理系。吳仲華任系主任，葛新石副教授任工程熱物理系第一副主任。1984年11月23日，葛新石任工程熱物理系主任。1985年2月28日，王永堂任工程熱物理系黨總支書記。 

　　1991年6月29日，經人事部、全國博士后管理委員會批準，在工程熱物理系設動力工程及工程熱物理學科的博士后流動站。1992年6月15日，學校遴選出9個首批校級重點學科，我系工程熱物理學科是其中之一。 

　　12月22日，“工程熱物理系”更名為“熱科學和能源工程系”。除繼續培養航空航天領域的專業技術人員外，也培養從事新能源和低溫與制冷技術方面的研究人員。 

　　2002年1月，我系工程熱物理學科被評為安徽省重點學科。2003年10月，經國務院學位委員會批準，我系成為動力工程及工程熱物理的一級學科博士學位授權點。 

　　繼吳仲華、葛新石之后歷任系主任依次為范維澄院士（1993-1996）、陳義良教授（1996-2000）、程曉舫教授（2000-2001）、季杰教授（2001-2009）、王曉宏教授（2009-2014），現任系主任為裴剛教授。 

　　本系擁有國家一級學科點及博士后流動站（動力工程及工程熱物理學科），在三個專業方向上具有博士學位授予權，分別為工程熱物理專業（1987）、熱能工程（2003）、制冷及低溫工程（2003）。 

　　本系與國際及港澳地區高校有著密切的合作關系；與中國科學院所屬廣州能源研究所、工程熱物理所及上海技術物理研究所在學科建設和本科生及研究生培養等方面進行了卓有成效的合作，實現了資源共享和優勢互補。 

　　本系現有教職工及兼職教授、博導60余名，其中教授、研究員24人（含兼職教授10人，中國科學院院士2人，中國工程院院士1人，國家基金委杰青1人，中組部萬人計劃領軍人才1人，國家“973”項目首席2人，中組部青年千人計劃1人，中科院百人計劃7人，國家級新世紀百千萬人才2人）；副教授/特任副研究員12人。同時與美國、英國、澳大利亞、香港等海外學術機構建立了長期的合作研究和人才交流關系，外聘國際客座教授2人。