米兰理工大学在弗朗切斯科·布里奥斯奇(FrancescoBrioschi)的领导下创立于1863年，原名为“高等技术研究所”(IstitutoTecnicoSuperiore)在创办之初只教授民用工程与工业工程。为了沿袭德语国家开办理工学院的传统，包括学者、教授、地方行政部门(米兰市、米兰省、商务部以及法国伦巴省储蓄银行)、文化社团以及来自久负盛名的米兰家族的企业家在内的群体，经过精心计划，将大学定址于曾经的瑞士大学(CollegioElvetico)，也就是现如今的米兰参议院(ViaSenato)。

十九世纪末二十世纪初，西方教育界的进步主义与改造主义的思潮为创建学校提供了理想的大环境，让卡罗·卡塔内奥(CarloCattaneo)提出的理念得以实现。通过他的“Politecnico”杂志，这位来自米兰的理论家传播着通过科学进步来逐步实现政治进步和社会发展的理念。

学校于1863年11月29日正式招生，注册学生人数为36人。

1865年，在布雷拉美术学院的影响下，新的课程也对新的工业部门设立，并在这一年成立了学院建筑系，成为米兰理工大学建筑系的前身。受卡米洛·波伊多(CamilloBoito)的启发，新的课程更加注重与传统艺术的联系。1865年起，为民用建筑师设立的特殊部门开始遵循新制定的教学定位，此后根据该教学定位，学校始终致力于高等工程技术研究领域的教学和研究。这些措施促成了一座真正意义上的现代高等学府的形成，而这种学府在当时的意大利尚属首家。

朱塞佩·科伦坡(GiuseppeColombo)继布里奥斯奇后，于1897年至1921年间担任院长职务。他执掌学院期间，凭借加强学院和工业界的联系以及创立类似爱迪生公司(SocietàEdison)这样的新型公司来进一步推动学院的发展，而爱迪生公司在电器工业的发展进程中也成功扮演了非同寻常的推动者的角色。被公认为意大利工程学始祖同时也是意大利参议员的科伦坡，是具有重要意义的《工程师手册》的撰写者。

1927年，学校迁至目前的校址达芬奇广场(PiazzaLeonardodaVinci)，即现在的大学城(Citta'Studi)，并于9月22日对外招生。在那一时期，学院被命名为皇家理工学院(RegioPolitecnico)。

1937年，学校正式更名为米兰理工大学(PolitecnicodiMilano)。

1942年，大学开始使用来源于拉斐尔名画《雅典学院》的标志。

1954年欧洲第一个电子计算中心在米兰理工大学运营。

1977年，天狼卫星(thesatelliteSirio)由米兰理工大学和其它公司合作研制并成功发射。20世纪80年代末开始，米兰理工大学开始扩展其它校区。

1993年，开设工业设计课程。

自建校以来，米兰理工大学不断成长，通过培养无数教授、研究人员和企业家，在建筑设计、工程技术、产品设计以及航空领域发挥着举足轻重的作用，并创造和改写了意大利乃至整个世界的科研历史。根据米兰理工大学统计，到2010年，29%的意大利建筑师，78%的意大利设计师，19%的意大利工程师，毕业于该校。