هستۀ اولیۀ دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی دانشکدۀ مخابرات است که در سال ۱۳۰۷ش در محل فعلی دانشکدۀ مهندسی برق دانشگاه تأسیس و در سال ۱۳۱۸ اساسنامۀ آن به تصویب مجلس شورای ملی وقت رسیده است.
دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی با ساختار فعلی، در سال ۱۳۵۹ و به‌دنبال تصویب ستاد انقلاب فرهنگی طی ادغام ۹ مرکز آموزش عالی با عنوان مجتمع فنی و مهندسی، بنیاد نهاده شد و سپس در سال ۱۳۶۲ نام آن به «دانشگاه فنی و مهندسی» تغییر یافت. تغییر نهایی نام دانشگاه به عنوان فعلی، به سال ۱۳۶۷ برمی‌گردد که در آن سال، دانشگاه به نام دانشمند پرآوازۀ اسلامی و ایرانی، حکیم خواجه نصیرالدین طوسی، مزین شد.
هم‌اکنون دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی با ۱۱ دانشکده، به فعالیت‌های پربار آموزشی خود ادامه می‌دهد: مهندسی برق، مهندسی مکانیک، مهندسی عمران، مهندسی هوافضا، مهندسی صنایع، مهندسی نقشه‌برداری، مهندسی کامپیوتر، مهندسی و علم مواد، ریاضی، فیزیک، شیمی.
دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی درحال‌حاضر ۵ قطب علمی، ۷۵ آزمایشگاه پژوهشی، ۶ گروه و مرکز پژوهشی و ۵ پژوهشکده دارد که در زمینه‌های تخصصی دانشگاه فعالیت می‌کنند.
این دانشگاه توانسته است با عقد قراردادهای بسیار با صنایع گوناگون کشور، ضمن حل مشکلات تخصصی آن‌ها، در بسیاری از دستاوردهای پژوهشی ایران سهیم باشد. مجموعه فعالیت‌های پژوهشی آن، حکایت از پویایی دانشگاه در عرصه‌های مختلف علمی و صنعتی دارد که در پاره‌ای از زمینه‌ها تنها نیروهای متخصص کشور در این دانشگاه فعالیت می‌کنند یا دانش‌آموختۀ این دانشگاه‌اند.
براساس پایگاه‌های معتبر برای رتبه‌بندی دانشگاه‌ها در جهان، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی پیشرفت و رشد محسوسی داشته است: برطبق آمارِ پایگاه رتبه‌بندی ISI، این دانشگاه در شمار ۱درصد تولیدکنندگان علم در دنیا معرفی شده است. همچنین جدیدترین رتبه‌بندی بین‌المللی مؤسسۀ تایمز در سال ۲۰۱۵، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی را جزء ۶ دانشگاه برتر ایران می‌داند.
دفتر مرکزی دانشگاه در خیابان میرداماد قرار دارد و دانشکدهها و خوابگاه‌های این دانشگاه در چندین نقطۀ شهر تهران پراکنده‌اند:
۱. دانشکده‌های مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر، در سیدخندان؛
۲. دانشکده‌های فیزیک و شیمی، در خیابان شریعتی (جلفا)؛
۳. دانشکده‌های مهندسی عمران و مهندسی نقشه‌برداری، در خیابان ولی‌عصر؛
۴. دانشکده‌های مهندسی مکانیک و مهندسی صنایع و مهندسی و علم مواد، در خیابان ملاصدرا؛
۵. دانشکده‌های مهندسی هوافضا و ریاضی، در تهرانپارس.
قدمت برخی از دانشکدهها به چندین دهه قبل برمی‌گردد.
باتوجه‌به سیاست‌های راهبردی دانشگاه در یک دهۀ گذشته، دوره‌های تحصیلات تکمیلی دانشگاه در سال‌های اخیر تقویت شده است و بیش از ۴۰درصد کل دانشجویان دانشگاه در مقاطع کارشناسی‌ارشد و دکتری تحصیل می‌کنند. درضمن دوره‌های آموزش الکترونیکی دانشگاه همگی در مقطع کارشناسی‌ارشد فعال‌اند. همچنین دانشگاه با اجرای چندین دورۀ بین‌المللی مشترک در مقاطع کارشناسی‌ارشد و دکتری با برخی از دانشگاه‌ها در کشورهای انگلستان، فرانسه، هلند، آلمان و روسیه همکاری نزدیک داشته است. نیز، در یک دورۀ کارشناسی هوافضا چند سال است فعالیتی مشترک با دانشگاه ماتی روسیه در پیش گرفته است.
