Hình khắc nổi bản đồ Thành Lille, thiết kế năm 1668 bởi Vauban, kỹ sư quân sự hàng đầu vào thời đó

Ngành kỹ thuật đã tồn tại từ thời cổ đại, khi nhân loại nghĩ ra những phát minh đầu tiên như cái nêm, đòn bẩy, bánh xe, ròng rọc… Thuật ngữ “kỹ thuật” (engineering) và “kỹ sư” (engineer) có nguồn gốc từ thế kỷ 14 với thuật ngữ engine'er (nghĩa đen là người xây dựng hoặc vận hành vũ khí) nhằm nói về “người thiết kế vũ khí quân sự”.[3] Thuật ngữ engine thời xưa được dùng để nói về các thiết bị dùng làm vũ khí quân sự, như máy bắn đá. Đến ngày nay thì thuật ngữ này không còn ý nghĩa đó, trừ việc nói về những binh chủng kỹ thuật quân sự như Công binh Lục quân Hoa Kỳ (USACE).

Sau đó, khi việc thiết kế công trình dân sự, như nhà ở hoặc cầu, dần phát triển trở thành một ngành kỹ thuật, thuật ngữ "kỹ thuật xây dựng dân dựng" (civil engineering)[2] bắt đầu chính thức được dùng để phân biệt những kỹ sư có chuyên môn về công trình phi quân sự và những kỹ sư về quân sự.

Thời cổ đại

Những người La Mã cổ đại đã xây những cầu máng để cung cấp nguồn nước sạch ổn định cho những thành thị trong lãnh thổ của họ.

Những công trình vĩ đại như kim tự tháp Ai Cập cổ đại, đài chiêm tinh Ziggurat vùng Lưỡng Hà, thành Acropolis và đền Parthenon ở Hy Lạp, hệ thống cầu máng La Mã cổ đại, đại lộ Appia (Via Appia) và Đấu trường La Mã, thành phố Teotihuacan, đền Brihadishvara... là những công trình minh chứng trình độ và tài năng của những kỹ sư quân sự–dân sự thời cổ đại. Những công trình khác, tuy không còn tồn tại, như Vườn treo Babylon và Hải đăng Alexandria, là những thành tựu kỹ thuật quan trọng vào thời xa xưa và được xem là Bảy kỳ quan của thế giới cổ đại.

Sáu loại máy cơ đơn giản được phát minh đầu tiên ở khu vực Cận Đông. Nêm và mặt phẳng nghiêng được biết đến từ thời tiền sử.[4] Bánh xe cùng với hệ cơ học "trục và bánh xe" được phát minh ở vùng Lưỡng Hà (Iraq ngày nay) vào khoảng thiên niên kỷ thứ 5 trước Công nguyên.[5] Đòn bẩy xuất hiện lần đầu tiên vào khoảng 5.000 năm trước ở vùng Cận Đông, khi đó được người Ai Cập cổ đại sử dụng để làm cân[6] và di chuyển những vật nặng.[7] Đòn bẩy còn được ứng dụng làm cần kéo nước (shadoof)–loại cần cẩu đầu tiên của nhân loại–ở vùng Lưỡng Hà vào khoảng 3.000 năm trước Công nguyên[6] và ở Ai Cập khoảng 2.000 năm trước Công nguyên.[8] Bằng chứng sớm nhất về việc sử dụng ròng rọc được tìm thấy ở vùng Lưỡng Hà từ khoảng 2.000 năm trước Công nguyên[9] và ở Ai Cập cổ đại vào thời Vương triều thứ Mười Hai (1991–1802 trước Công nguyên).[10] Đinh ốc, loại máy cơ học đơn giản phát minh sau cùng,[11] được tìm thấy ở vùng Lưỡng Hà vào thời Đế quốc Tân Assyria (911–609 trước Công nguyên).[12] Người Ai Cập cổ đại đã ứng dụng ba trong số sáu máy cơ học đơn giản kể trên–mặt phẳng nghiêng, nêm, và đòn bẩy– để xây dựng những công trình vĩ đại như Đại kim tự tháp Giza.[13]

Kỹ sư xây dựng đầu tiên của nhân loại là Imhotep, một người sống vào thời Ai Cập cổ đại.[2] Vốn là vị tể tướng dưới thời Pharaon Djoser, ông được cho là người đã thiết kế và giám sát việc xây dựng Kim tự tháp Djoser (kim tự tháp bậc thang) ở Saqqara, Ai Cập vào khoảng năm 2630–2611 trước Công nguyên.[14] Những loại máy thủy lực đầu tiên như guồng nước, cối xay nước, được sử dụng sớm nhất ở thời Đế quốc Ba Tư (Iraq và Iran ngày nay) vào khoảng thế kỷ thứ 4 trước Công nguyên.[15]

Người Hy Lạp cổ đại cũng phát minh ra những loại máy móc cơ học để sử dụng trong lĩnh vực quân sự và xây dựng. Máy Antikythera, được xem là máy tính analog cơ đầu tiên của nhân loại,[16][17] và những phát minh của nhà khoa học thiên tài Archimedes, được xem là những ví dụ cho sự phát triển của ngành kỹ thuật cơ khí của người Hy Lạp cổ. Những phát minh này đòi hỏi kiến thức sâu sắc về hệ truyền động vi sai (differential gearing) và truyền động ngoại luân (epicyclic gearing)–hai nguyên lý chính yếu trong lý thuyết cơ học máy nhằm hỗ trợ việc thiết kế hệ truyền động bánh răng vào thời Cách mạng công nghiệp và vẫn được tiếp tục sử dụng đến ngày nay trong rất nhiều lĩnh vực, như kỹ thuật ô tô hoặc robot học.[18]

Quân đội của những đế chế cổ đại như Trung Hoa, Hy Lạp, La Mã, và Hung đã ứng dụng những phát minh quân sự trong các trận chiến của họ, như cung tên (được phát minh bởi người Hy Lạp từ khoảng thế kỷ thứ 4 trước Công nguyên)[19], tàu chiến ba tầng (trireme), máy phóng đá (ballista), và máy bắn đá. Máy bắn đá cỡ lớn (trebuchet) được phát minh vào thời Trung Cổ.