清华航空教育与研究发轫于上世纪30年代初。在国家前途危急之时，清华自觉地将学术研究与祖国命运结合在一起，培养出一批航空领域的杰出人才，取得多项重要创新成果，为我国航空事业做出了巨大贡献。
机械系航空组与中国第一个5英尺风洞
在1931年的“九一八”事变和1932年“一·二八”事件中，侵华日军挟空中优势狂轰滥炸，给中国军队造成极大伤亡。日益严重的军事形势引起全国人民极大关注，“航空救国”成为当时震撼全国的呼声。
1933年，国民政府航空委员会技术处处长钱昌祚提出，航空“工程师之训练，宜于工科大学设立航空工程学系，即军官出身者，亦可送至大学训练，可利用工科大学之普通工程设备，得有良好之基础”。1934年，航空委员会召开航空技术会议，决定协助各大学设立航空工程学系。
在这样的时代背景下，清华大学开始了航空教育与研究。1932年夏，清华机械工程学系成立，下设的飞机及汽车工程组“注重飞机及汽车之制造……将来须与政府航空机关或学校合作。然后于学理制造，及航空实验，均有充分之训练”。1934年，飞机及汽车工程组改称为航空工程组。
清华在航空领域积极延聘名师。至1936年，教授有庄前鼎、王士倬、李辑祥、冯桂连、殷文友，助教有张捷迁、戴中孚等，均为一时之选。1934年，清华还曾聘请世界著名航空专家华敦德博士来校任教。他在清华工作了近两年，为清华航空研究及中国空军建设做出巨大贡献。
航空组课程参考美国各大学航空工程科课程，开出了理论空气力学、飞机工程、飞机机架设计、内燃机实验、飞机机架实验等课程。这些课程，从概论到专题、从理论到实验，都有专业化程度非常高的专门课程。课程教材多为自编讲义或国外教材，参考书基本都是国外教材。
航空组为扩大学术视野，追踪学术前沿动态，定购了中、英、德、日等国杂志60余种，重要机械工程杂志则努力补齐旧刊，“为国内各大学航空工程书籍搜寻之最完备者”。机械系还大力购置实验设备，截至1936年，计有设备约10余万元。“凡热力工程之基础设备，已应有尽有，比之欧美各大学之机械实验室设备，实不相上下。堪称国内最完备之实验室。”
与此同时，清华从1933年起开始选派航空领域的庚款留学生。林同骅、钱学森等均通过清华选送出国学习航空，他们回国后，对国内航空事业的发展均有重要贡献。
1936年校庆前夕，机械系航空组自行研制成功5英尺航空风洞，这是中国第一个风洞，而且完全自制，意义重大。5月，中国工程师学会及各专门工程学会在杭州举行联合年会，王士倬等人撰写的5英尺试验风洞论文被评为1936年中国工程师学会论文第一奖。
在抗战中成长的航空研究所
为配合航空事业发展的进一步需要，清华决定在南昌建15英尺航空风洞。1936年11月，清华在南昌成立航空研究所，顾毓琇兼任所长，庄前鼎兼任副所长。
在航空组师生的努力下，一个月之内便完成15英尺风洞的初步设计。这个风洞是当时世界上最大的风洞之一，比加州理工学院的风洞要大50％，这也标志着中国航空从此由仿制走向自己研发。1938年1月，15英尺风洞完成钢筋混凝土部分。在当年3月的日机轰炸中，风洞不幸中弹。工程功败垂成，清华航空研究遭受重大挫折。
1938年4月底，航空研究所及航空组迁往成都。1939年秋，西南联大工学院设立航空工程系。9月，航空研究所迁到昆明，隶属于清华，庄前鼎任所长。
航空研究所与航空系合作十分密切，航空研究所教授均在航空系上课、主持实验和指导学生。航空系学生的空气动力学实验，也都在航空研究所的风洞中进行。清华通过航空教育与科研为我国培养了一批高水平人才，为我国航空学科的创建和航空科技的发展做出了重要贡献。
在上世纪50年代初的高校院系调整中，根据国家统一安排，厦门大学、北洋大学、西北工学院三校航空系于1951年5月并入清华，与清华航空系合组成为清华航空学院。1952年，航空学院调出清华，组建北京航空学院。
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