Кафедру «Теплотехніка» було створено у 1930 р. разом з відкриттям ХІІТу для забезпечення навчального процесу на механічному та експлуатаційному факультетах. У 1977 р. кафедру перейменовано на «Теплотехніка та теплові двигуни», під цією назвою кафедра входила до складу колишнього ХІІТу і зараз входить до складу механічного факультету УкрДУЗТ. З 1960 р. кафедра почала підготовку інженерів за спеціальністю «Промислова теплоенергетика». Потім у межах існуючої спеціальності на кафедрі була відкрита спеціалізація «Теплоенергетика залізничного транспорту». У 1976 р. наказом МШС СРСР при кафедрі створена галузева НДЛ «Підвищення експлуатаційної паливної економічності і поліпшення екологічних показників дизельної тяги». У ці роки на кафедрі працювали дві спеціалізовані вчені ради із захисту кандидатських та докторських дисертацій за спеціальністю «Теплові двигуни».

Зараз кафедра «Теплотехніка та теплові двигуни» готує спеціалістів-теплоенергетиків за трьома освітньо-кваліфікаційними рівнями: бакалавр, спеціаліст, магістр, тобто є випускаючою. Вона є також загально-інженерною для інших спеціальностей.

Викладачі кафедри беруть участь у навчальній роботі з підвищення кваліфікації інженерного складу залізниць, одержання другої вищої освіти, підготовлення кадрів вищої кваліфікації через аспірантуру та докторантуру. За результатами НДР співробітниками кафедри та академії захищені 8 докторських, понад 50 кандидатських дисертацій, отримано понад 70 авторських свідоцтв та патентів на винахід, надруковано 14 монографій, 2 підручника, 9 навчальних посібників, понад 700 наукових статей. Друге видання підручника «Тепловозные двигатели внутреннего сгорания» відзначено у 1987 р. Державною премією України. З 1960 р. кафедра випустила понад 1600 спеціалістів-теплоенергетиків, які працюють на підприємствах залізничного транспорту та інших галузей на різних посадах.

З 28 лютого 2019 року внаслідок розширення освітніх програм підготовки фахівців у сфері енергоменеджменту та енергоаудиту кафедру було переіменовано на «Теплотехніка, теплові двигуни та енергетичний менеджмент».