Енергетичними ресурсами для виробничої діяльності та в побуті люди користуються з незапам'ятних часів. Знання та досвід, накопичені протягом тисячоліть, стали основою сучасної енергетики. Фахівці цієї галузі завжди цінувалися у суспільстві, їх підготовці приділялася постійна увага. У КПІ навчання інженерів-теплотехніків розпочали з перших днів його існування.
Відомо, що навчання інженерів-теплотехніків з 1898 по 1931 рік у КПІ здійснювалося на механічному відділенні при кафедрі прикладної механіки. А з 815 інженерів-механіків, випущених до 1918 року, половину складали інженери за теплотехнічним спрямуванням.
У 1930 р. КПІ розділили на низку галузевих інститутів, серед яких був і Київський енергетичний інститут (КЕІ). Саме в КЕІ у травні 1931 р. було створено теплотехнічний факультет, деканами якого працювали проф. М.А.Кондак (1931-1932) і проф. І.Т.Швець (1933-1934). Після чергової реорганізації в 1934 р. розпочав роботу Київський індустріальний інститут (КІІ), у складі якого на базі кафедр теплотехнічного та електротехнічного факультетів КЕІ було створено енергетичний факультет на чолі з деканом проф. І.Т.Швецем. У 1938 р. в КІІ організували окремий теплотехнічний факультет, який І.Т.Швець очолював до 1940 р.
У 1940-1951 рр. деканом факультету був проф. М.О.Кічигін. Після нього деканами факультету працювали: доц. А.П.Орнатський (1951-1955), доц. О.І.Бутузов (1955-1962), доц. Ю.О.Бабенко (1962-1978), проф. В.О.Христич (1978-1979), проф. О.М. Алабовський (1979-1989), доц. В.В.Босий (1989-2001). З 2001 р. факультет очолив проф. Є.М.Письменний.
У 1962 р. факультет було перейменовано на теплоенергетичний (ТЕФ).
Розвитку наукової діяльності на факультеті значно сприяло створення у 1957 р. проблемної лабораторії теплообміну і газодинаміки під керівництвом завідувача кафедри котельних установок чл.-кор. АН УРСР, проф. В.І. Толубінського. Важливим напрямком наукових робіт лабораторії були дослідження теплогідравлічних процесів в активній зоні ядерних реакторів та забезпечення надійності їх роботи. Отриманий досвід та важливі для ядерної галузі результати стали вирішальним аргументом для відкриття у 1985 р. на теплоенергетичному факультеті підготовки фахівців зі спеціальності «Атомна енергетика».
Зліва направо: проф. О.М. Алабовський, доц. Ю.О.Бабенко, доц. О.І. Бутузов, доц. П.Т. Сердюков, доц. С. Н Файнзільберг
У зв'язку з підвищенням ролі атомної енергетики в енергетичній галузі України і необхідністю її подальшого розвитку, потребою у підвищенні рівня підготовки фахівців для галузі, формуванням статусу КПІ як базового ЗВО галузі, широкою міжнародною співпрацею КПІ у питаннях підготовки кадрів для ядерно-енергетичної галузі, необхідністю створення відповідних міжгалузевих і міжнародних структур, 4 жовтня 2021 р. на засіданні Вченої ради університету було ухвалено рішення про створення на базі ТЕФ Навчально-наукового інституту атомної та теплової енергетики.
НН ІАТЕ посідає одне з перших місць у КПІ ім. Ігоря Сікорського за чисельністю студентів – близько 2000 та викладачів – близько 200.
На сьогодні у складі інституту працюють п’ять випускових кафедр:
Діяльність Навчально-наукового інституту атомної та теплової енергетики здійснюється на базі зазначених кафедр, а також на основі нових підрозділів, що започатковані з 2022 р.: