1896年，北洋西学学堂正式更名为北洋学堂。

教育部下令，以北平大学、北平师范大学、北洋工学院和北平研究院等院校为基干，设立西安临时大学。1938年3月，西安临时大学改称国立西北联合大学。1938年7月，教育部指令国立西北联大改组为西北大学、国立西北工学院（由国立西北联合大学工学院、东北大学工学院（今东北大学）、焦作工学院（今中国矿业大学）与河南理工大学合并组建而成）、西北师范学院和西北医学院。

着力在天津西沽北洋大学原址复校。此后，泰顺北洋工学院、北洋工学院西京分院、西北工学院和北平部（理学院院长陈荩民接受“北平临大第五分班”），建立北洋大学北平部。四校师生先后返津参加复校。为合并后的校名一事曾发生重大分歧。

天津北洋西学学堂自创办之始，就仿照美国的大学模式，全面系统地学习西学。例如，除汉文课和部分外语课外，其余所有功课都由外籍教习担任，要求学生外语基础好；教科书使用外文原版，用外语授课；学生实验所用的各种器具、设施都从美国进口等等。当时，天津北洋西学学堂被誉为“东方康奈尔”，它的 教学计划、讲授内容与方法、教科书、教员配备，成为后来其他各地兴办新式大学的模式。

天津北洋西学学堂从学制来看，头等学堂为大学本科，二等学堂为预科，学制各为四年，一名合格人才要经过八年培养。这是中国近代教育分级设学之始。二等学堂“是中国最早的新式公立中学堂”，招收13至15岁学生入学。从专业设置来看，头等学堂分设律例、工程、矿冶和机械四学科。既有社会科学学科，又有自然科学学科，表明中国的高等教育从一诞生起，就与国家经济、政治的需要紧密联系在了一起。

北洋大学的课程设置：头等学堂课程分基础课和专业课。基础课有20余门课程，专业课分五个专业：工程学、电学、矿务学、机器学、律例学，共30余门课程。

二等学堂主要课程有：英文、数学、朗读、各国史鉴、地舆学、格物书、平面量地法等20余门课程。

北洋大学堂从1895年至1911年共有毕业或肄业生518人，其中资送出国52人（不包括自费留学生）。该校为中国近现代科技教育事业培养了一大批奠基的专家学者，他们多为国家社会所倚重，对采矿、冶金、土木、水利、机械工程、铁路交通、财政金融、政法、外交等事业的发展做出了开创性的贡献。任课教师多为中外硕学鸿儒，尤以美、日、英、法、德、俄学者任主课，教材也多采用外文原版。此外，北洋大学堂还建立了一套较为完善的教育教学管理制度，保证能够实现培养高层科学人才的目的。由于治学严谨，校风朴实，当时北洋大学与哈佛、耶鲁相伯仲，毕业生可免试进入美国大学攻读研究生，因而被誉为“东方的康奈尔”。

中共早期领导人张太雷，中国著名经济学家马寅初，“五四”运动天津各界联合会副会长马千里，海牙国际法院大法官徐谟，著名诗人徐志摩等，都是北洋大学的学生。

北洋大学堂的创办，不仅推动了中国第一个近代学制的产生，为中国高等学校初创时期体系的建立起到了示范作用，更重要意义在于：它结束了中国延续长达一千多年封建教育的历史，开启了中国近代教育的航程。

1899年，天津北洋大学堂的第一届学员毕业了。第二年元月，学堂颁发了中国历史上第一张大学文凭。由于成绩最优，从香港考入的学员王宠惠有幸成为“钦字第壹号”文凭获得者，他学的专业是法律。1905年，王宠惠获耶鲁大学法学博士学位。1912年，他出任以孙中山为首的南京临时政府外交总长。

1915年张太雷以优异的成绩考入了京师大学堂（今北京大学）法律预科，但由于京师大学堂学制长，估计自己的经济条件难以支持，他就未入北大就读。期间打听到北洋大学学费便宜，且预科班为期半年，他便兴冲冲地携好友一起报考北洋大学的法律预科。凭借优异的成绩，张太雷与北洋结了缘，一呆就是5年。冯海龙说，张太雷是在北洋大学培养下，思想得到了升华，从爱国青年成长为共产主义者。五四前夕，在北洋大学求学的张太雷接触到了马列主义思想。五四运动更是唤醒了中国的热血青年。积极参加革命运动，不断探索革命理论的张太雷逐渐成长为中国共产党的创始人之一。

据《益世报》记载，五四运动期间，为抗议当局镇压学生运动，北洋大学学生纷纷罢课，并组织44个演讲团。张太雷等4人组成的演讲第二团赴塘沽演讲。此时，张太雷彻底摒弃了传统中的读书是为了仕途和过安稳生活的观念，为了信仰、为了国家和人民而抛家舍业，义无反顾。

1887年，英籍德人德璀琳（Gustav Derting）召集外国商人，要求赞助投资创办大学并得到响应。他的设想得到李鸿章的赞同，并答应拨给他一块地方做校址。他们在天津德租界的警察总部处后身东南一点的地方建造了一座德国日耳曼式风格的楼房作为教学楼，开始招收高层次的中国知识分子入学。校名为呑纳学院（Tenney College），亦称为天津“博文书院”。

1892年，德璀琳在外国侨民中聘请了英国皇家学院毕业生丁家立于学院中创办补习班。数年后这个班学生的知识均达到了入学水平。

1895年10月2日，天津海关道盛宣怀通过直隶总督王文韶，禀奏清光绪皇帝设立新式学堂。光绪帝御笔钦准，成立天津北洋西学学堂，并由盛宣怀任首任督办，在盛宣怀和直隶总督王文韶的参与下，125名新生入学呑纳学院，学院由此更名为天津北洋西学学堂。

1896年，北洋西学学堂正式更名为北洋大学堂，是中国第一所命名为“大学堂”的高等学校。

1912年1月，北洋大学堂改名为北洋大学校，直属当时的国民政府教育部。

1917年，国民政府教育部对北洋大学与北京大学进行科系调整，北洋大学改为专办工科，法科移并北京大学，北京大学工科移并北洋大学。从此，北洋大学进入专办工科时代。

1928年，北平大学区成立，改北洋大学为平大第二工学院。大学区制不久乃改为国立北洋工学院。

1937年7月7日，日本发动全面侵华战争。7月30日，天津沦陷。9月10日，教育部下令“以北平大学、北平师范大学、北洋工学院和北平研究院等院校为基干，设立西安临时大学”。

1938年3月，西安临时大学改称国立西北联合大学。7月教育部指令西北联大改组为国立西北大学、国立西北工学院、国立西北师范学院和国立西北医学院。

1941年10月，中国工程师学会及各专门工程学会在贵阳举办联合年会。年会之时，各届北洋校友就复校事宜进行了磋商，会谈决定在呼吁恢复国立北洋工学院的同时，筹设私立北洋工学院，由全国北洋校友共同筹办。在此压力下，国民政府行政院于1942年12月将浙江省立英士大学工学院划出，独立为国立北洋工学院，任陈荩民为代理院长，因工学院地处浙江泰顺百丈口镇，故史称“泰顺北洋工学院”。

1945年8月，抗战胜利，天津收复。教育部正式下令恢复国立北洋大学，着力在天津西沽北洋大学原址复校。此后，泰顺北洋工学院、北洋工学院西京分院、西北工学院和北平部（理学院院长陈荩民接收“北平临大第五分班”，建立北洋大学北平部）四校师生先后返津参加复校。10月22日，北洋大学正式复校开学，茅以升任校长，公设两院十二系。

1951年9月，奉中华人民共和国高教部令，北洋大学与河北工学院（1903年2月创立）合并，为合并后的校名一事曾发生重大分歧，经刘锡瑛（北洋大学校务委员会主席）力争，始改称天津大学，校址设天津老城南之七里台。

盛宣怀（1895年10月—1896年10月）丁家立（Tenney，Charles Daniel）

李岷琛（1896年10月—1903年）

唐绍仪（1903年—1904年）

梁敦彦（1904年—1907年）

梁如浩（1907年—1908年）

蔡绍基（1908年—1910年）

钱明训（1910年—1911年）

徐德源（1912年1月—1913年3月）

蔡儒楷（1913年3月—1914年3月）

赵天麟（1914年3月—1920年1月）

冯熙运（1920年1月—1924年8月）

刘仙洲（1924年9月—1928年7月）

茅以升（1928年7月—1930年6月）

蔡远泽（1930年7月—1932年）

李书田（1932年—1939年2月）

赖琏（1939年2月—1943年10月）

潘承孝（1943年10月—1946年5月）

陈荩民（1942年12月—1946年5月）

李书田（1944年—1946年5月）

茅以升（1946年5月—1948年8月）

张含英（1948年8月—1949年4月）

刘锡瑛（1949年4月—1952年）