清华大学化学系成立于1926年，在新中国成立时，已成为国内高校中师资力量最为雄厚、学术水平最高的化学系之一。

清华大学化学系下设无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、高分子化学与物理五个研究所。此外还设有纳米与材料化学、化学生物学、有机电子学、理论化学和超分子化学五个交叉学科和一个实体的基础分子科学中心。化学系现有两个教育部重点实验室：“生命有机磷化学及化学生物学教育部重点实验室”和“有机光电子与分子工程教育部重点实验室”，一个稀土新材料教育部工程研究中心。

清华大学化学系在国际学术交流与合作方面与多个国家的著名大学和研究机构开展了实质性的合作研究项目，还与美国、德国、英国、比利时等建立了本科生交换项目。

截止2023年4月，清华大学化学系有教职员工110余人，其中院士8人，国家级教学名师1人，北京市教学名师3名。同时还聘请了国内外十多位著名学者担任化学系的双聘教授、兼职教授和客座教授。清华大学化学系目前在站博士后150多人。在校学生600余人，其中本科生约130人。

清华大学化学系始建于1926年。1952年因高等学校院系调整使清华大学化学系的发展一度中断。

清华大学化学工程系于1978年恢复招收理科学生，专业为“物理化学与仪器分析”。并招收应用化学（分子光谱、仪器分析）硕士生。1980年清华大学化工系更名为化学与化学工程系。

1985年11月清化大学正式恢复重建化学系并开始招收物理化学硕士生。复系后相继完成了学科布局和学位点、博士后流动站的建立。1991年清华大学建立物理化学博士点并开始招收博士生。

1999年由当时的清华大学化学系物理化学、催化与动力学和结构化学三个教研组结合组建了清华大学化学系物理化学研究所。同年8月基础化学实验教学中心组建，并于2006年被批准成为北京市实验教学示范中心。2007年清华大学化学系分析化学学科成为国家重点学科，促进了学科的发展与人才培养。“微量分析方法与仪器研制北京市重点实验室”于2011年成立。2013年又成立中国化学会质谱分析专业委员会。2014年在原有的分析测试计量认证资格的基础上，又取得食品计量认证证书。

2020 年，化学系化学专业获国家级一流本科专业建设点。2022年，化学生物学专业获国家级一流本科专业建设点。

化学系把立德树人作为首要任务，把教书育人作为第一责任，进一步完善“三全育人”工作体制机制，完善研究生“导学思政”育人体系。秉承理论教学与实践教学相结合的原则，通过不断探索先进的教学理念、深入开展教学研究和教学改革、更新课堂教学内容、设计打造荣誉课程体系、加强实验室建设、实施实验室开放管理、推行研究型的教学模式，使教学水平和人才培养质量大大提高。

化学系的科研方向不仅涵盖了现代化学的各主要领域，而且也包括了21世纪化学发展的最新生长点。研究内容涉及：有机光电子材料及器件，以新能源及环境保护为目标的新催化系统的研究，超分子自组装和纳米结构材料，环境及生命过程中的分析化学新方法研究，生命过程中的化学问题及新型酶的作用机制与应用，新型晶体功能材料，中药复方的分子生物学研究等。

化学系设有五个传统二级学科对应无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、高分子化学与物理五个研究所。还设有纳米与材料化学、化学生物学、有机电子学、理论化学和超分子化学五个交叉学科和一个实体的基础分子科学中心。化学系现有两个教育部重点实验室：“生命有机磷化学及化学生物学教育部重点实验室”和“有机光电子与分子工程教育部重点实验室”，一个稀土新材料教育部工程研究中心。

清华大学分析中心设在化学系。分析中心拥有球差电镜、高性能质谱(Q-TOF、MALDI-TOF等)6台、透射电镜（TEM）、扫描电镜(SEM)、扫描俄歇探针仪(AES)、X射线光电子能谱仪(XPS)、等离子体发射光谱仪(ICP)、傅里叶变换红外多联机光谱仪(Mic/GC/Raman/FTIR)、激光拉曼光谱仪(LRS)、顺磁共振波谱仪(ESR)、600兆核磁共振波谱仪(NMR)、色质联用仪(GC-MS)、液质联用仪(LC-MS)、高效液相色谱仪(HPLC)、X射线荧光光谱仪（XRF）以及紫外、原子吸收光谱仪等现代大型分析仪器。这些仪器设备为全校师生的科研工作提供服务，同时还承担对外测试服务工作。此外化学系还建有国家级实验室北京电子能谱中心。

截止2023年4月，化学系有教职员工110余人，其中院士8人，国家级教学名师1人，北京市教学名师3名。同时还聘请了国内外十多位著名学者担任化学系的双聘教授、兼职教授和客座教授。化学系重视青年教师的培养和国内外优秀人才的引进工作，一批高水平的中青年教师已成为化学系发展的骨干力量，他们大都有在国外大学学习或工作的经历，研究成果突出，视野开阔。另外，化学系目前在站博士后150多人。

化学系在国际学术交流与合作方面十分活跃。与美国、德国、英国、日本、荷兰等国的著名大学和研究机构开展了实质性的合作研究项目，与美国、德国、英国、比利时等建立了本科生交换项目。每年有近五成的化学系学生在本科阶段就有国际交流的机会，研究生出国进行短期学术研究、参加学术会议等交流活动也已经成为常态。

化学系学生直接进入世界一流名校深造的学生比例也在大幅度增加。研究生直接参与国际前沿课题的研究。化学系通过举办研究生学术节、博士生论坛和参加国内外的学术会议等，进一步拓展了学生的知识面和学术视野，提升了化学专业人才培养的国际视野和全球胜任力。

《纳米能源研究》（英文）2022年3月创刊，是一本国际化的多学科交叉期刊，由清华大学化学系曲良体教授和香港城市大学支春义教授共同担任主编。作为Nano Research姊妹刊，聚焦纳米材料和纳米科学技术在新型能源相关领域的前沿研究与应用，对标国际顶级能源期刊，致力于发表高水平的原创性研究和综述类论文。

化学系研究的“有机发光显示材料、器件与工艺集成技术和应用”项目获国家技术发明奖一等奖。

化学系研究的“功能纳米材料的合成、结构、性能及其应用探索研究”项目获得国家自然科学二等奖并入选中国基础研究十大新闻。

1994年12月，清华大学化学系92级本科学生朱令身体不适住院治疗。1995年4月28日被确认为铊盐中毒。同年5月5日，清华大学保卫部报案。因从朱令出现中毒症状到公安机关接报案件，时间已近半年。北京市公安局接报后经过侦查发现，相关场所没有监控设施，犯罪痕迹物证已经灭失，尽管办案人员尽了最大努力，采取了当时能够使用的各种刑事侦查措施，仍未获取认定犯罪嫌疑人的直接证据。朱令于2023年12月22日在北京去世。