软件学院的前身是应用技术学院。应用技术学院成立于1999年9月，简称技术学院，学制2年，开展以第二学士学位为主的高层次职业技术教育。学院教工由核能技术设计研究院和国家CAD支撑软件工程中心抽调的部分人员兼职组成，时任清华大学教务长吴敏生教授兼任应用技术学院院长。创办之初设立计算机软件工程专业，招生对象为已获普通高校学士学位的本科毕业生， 2000年增加（微电子）第二学位专业。

2001年，为适应我国经济结构战略性调整的要求和软件产业发展对人才的迫切需要，加大高等教育人才培养结构调整力度，推进高校办学体制改革，教育部和国家发展计划委员会共同研究决定选择部分高等学校，采用多项扶持政策，支持其试办示范性软件学院。清华大学作为首批获准试办示范性软件学院的高等院校，2001年12月24日经2001-2002学年度第6次校务会议讨论通过成立软件学院(英文名称：School of Software),为实体学院，组织上隶属清华大学信息科学与技术学院。时清华大学副校长顾秉林兼任软件学院院长，时国家CAD支撑软件工程技术研究中心主任孙家广任软件学院常务副院长。同时国家CAD支撑软件工程技术研究中心随即挂靠软件学院，应用技术学院与软件学院合并，应用技术学院兼职教工编制全部转到软件学院，计算机软件工程第二学位专业学生学籍转为软件学院，微电子第二学位专业学籍保留在应用技术学院。2006年7月最后一批微电子专业第二学位学生毕业，应用技术学院不再承担学位教育工作，工作重心转为非学历社会培训。2008年7月6日，根据清校发【2008】48号通知，撤销应用技术学院建制。

2004年7月前，软件学院分清华园校区和昌平校区两部分，昌平校区为原应用技术学院所在地，以培养二学位学生为主。2004年7月二学位停招，软件学院全部搬回校本部，昌平校区随之取消。学院设计算机软件本科专业、计算机软件工程第二学位和软件工程领域软件工程硕士学科，同时承担部分学籍在计算机系的计算机科学与技术工学硕士与博士培养工作及博士后合作研究工作，以培养本科生和工程硕士研究生为主。清华园校区主体坐落于清华大学西北角原厢白小营小区，部分行政机构位于清华大学中央主楼8层，使用面积约3800平方米。2012年底，软件学院主体搬至东主楼和东配楼。

软件学院以推进办学机制改革，探索软件人才培养模式，培养具有国际竞争力、高层次、创新性、应用型软件人才为使命，坚持“质量第一、素质与技术并重、理论与实践结合”的建院宗旨，以“教学立院、管理建院、学科兴院、科技强院”为办学理念，遵循“练中学、练中闯、练中创”的实践教学思想，追求并践行精品教育。目前，软件学院正在积极探索拔尖创新软件人才培养新模式，为将学院建设成国内一流、世界知名的软件学院而奋进。