天津大学的前身北洋大学始创于中日甲午海战之后。当时天津海关道盛宣怀通过直隶总督王文绍,禀奏清光绪皇帝设立新式学堂。1895年10月2日,光绪皇帝御笔钦准,成立天津北洋西学学堂,并由盛宣怀任首任督办,校址在天津北运河畔大营门博文书院旧址。
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。
1899年,天津北洋大学堂的第一届学员毕业。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。1905年,王宠惠获耶鲁大学法学博士学位。北洋大学从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)。天津北洋西学学堂创办之始就按照美国模式办学,在课程设置、教学内容、教科书、教学方法上,全面引进西方教育模式。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。学堂设立头等学堂(大学本科)、二等学堂(预科),学制各为四年。同时,资送头等学堂毕业生出国留学也是学堂创办计划中的重要组成部分。创办之时,头等学堂设专门学(即科系)四门:工程学、矿务学、机器学、律例学,1897年学堂增设铁路专科,1898年又设铁路学堂,上述学门皆为当时中国社会所急需,体现了北洋大学“兴学救国”的创办宗旨。
1900年八国联军入侵津京,学堂校舍为敌兵所霸占,设备、文档案卷遭毁坏,学校被迫停办。至1903年4月学堂方在西沽正式复课。
1903年北洋大学堂开学复课时,分设法律、土木工程、采矿冶金三个学门,后应外交需要附设法文班、俄文班,1907年开办师范科,至此北洋大学已成为包括文、法、工、师范教育诸科,初具综合性的新式大学。
1912年1月北洋大学堂改名为北洋大学校,直属育部,1913年又改称国立北洋大学,至1928年更名为国立北平大学第二工学院。