清末至民国时期

华南理工大学由中山大学工学院、华南联合大学理工学院、岭南大学理工学院、广东工业专科学校组建而成。中山大学工学院源于1931年成立的国立中山大学理工学院，1934年8月建立，1950年9月随中山大学整体迁入广州石牌现华南理工大学校址办学。华南联合大学理工学院由1930年成立的广东国民大学工学院和1940年成立的广州大学理工学院合并而成。

新中国时期

1951年，中央人民政府政务院批准筹建华南工学院。次年，华南工学院（现华南理工大学）正式组建，由当时的中山大学工学院、华南联合大学理工学院、岭南大学工程方面的系科、广东工业专科学校4院校为基础，会同湖南大学、广西大学、南昌大学、武汉交通学院（后并入武汉大学）、武昌中华大学（现武汉大学）、武汉大学等六个院校中与工科相关的专业组建而成，汇集了当时中南地区最为优秀的工科院系，奠定了华南理工大学深厚的工学基础。

1952、1953年，华南工学院的水利学科、专业、师生和设备调入组建武汉水利电力大学（2000年合并到武汉大学）。1953年，华南工学院机械工程系相关专业调至武汉华中工学院（华中科技大学前身）。同年，华南工学院铁道专业调至长沙组建长沙铁道学院（2000年合并组建中南大学）。

1953年，华南工学院无机物工学专业调至华东化工学院。1954年，水利系（科）调至武汉参与组建武汉水利电力学院。1955年5月，由当时的华南工学院、南京工学院、交通大学三所院校的电讯工程专业合并在四川成都组建了成都电讯工程学院。同年，华南工学院测绘专业的师资、设备调往武汉组建武汉测绘科技大学。1958年，中国著名电子学专家冯秉铨教授、徐秉铮教授及部分师生，恢复建立华南工学院电讯工程系（无线电系）。同年，华南工学院分割成华南工学院和华南化工学院。1960年10月22日，华南工学院被中共中央确定为64所全国重点大学之一。1962年，华南工学院和华南化工学院合并为华南工学院。

改革开放后

1981年11月26日，经国务院批准，学校成为全国首批博士和硕士学位授予单位之一。1988年，华南工学院更名为华南理工大学。1993年，实施国家教育委员会和广东省人民政府共建，在全国高校开部省共建之先河。

1995年，学校首批进入国家面向21世纪重点建设的大学行列。1999年底，学校成为全国第一批“本科教学优秀学校”。同年，入选第一批国家大学生文化素质教育基地2000年，经批准成立研究生院；2001年，实行新一轮部省重点共建，学校进入国家高水平大学建设（“985工程”）行列，首批国家示范性软件学院之一。2005年，教育部、广东省政府决定在“985工程”二期建设中共建华南理工大学。2007年，以优秀成绩通过教育部本科教学工作水平评价，经教育部批准，成为研究生培养机制改革17所首批试点高校之一。

2010年，教育部、广东省决定继续重点共建华南理工大学，全力推进世界一流和高水平大学的建设进程。2011年12月，华南理工大学与兰卡斯特大学合办的英国兰卡斯特大学孔子学院揭牌成立。2013年4月，华南理工大学和国家汉办、美国爱达荷大学合作建立的爱达荷大学孔子学院揭牌成立。2014年9月，在华南理工大学和广东省人民医院（广东省医学科学院）的联合推动下，华南理工大学医学院正式挂牌成立。

2017年1月，华南理工大学与天河区合作共建华南理工大学附属天河医院（天河区第二人民医院）。2月，广州市第一人民医院挂牌“华南理工大学附属第二医院”，成为学校第一家直属附属医院。3月15日，教育部、广东省政府、广州市政府和华南理工大学四方共建华南理工大学广州国际校区协议在北京签署。该校区按照教育部、广东省、广州市和学校四方共建的新模式，采用“中方为主、国际协同”的新机制，实现与剑桥大学、哈佛大学、南洋理工大学等强强合作，共建6个学院。5月，华南理工大学和奥迪汽车公司、因戈尔施塔特市政府、因戈尔施塔特工业技术大学合作共建的德国奥迪因戈尔施塔特孔子学院揭牌成立，学校加入中英大学工程教育与研究联盟。6月，华南理工大学医学院入选2017年中国最佳医学院校综合排行榜第45名。6月21日，学校入选国家“双创”示范基地。6月28日，华南理工大学附属广东省人民医院揭牌仪式在省医（华南理工大学第一临床学院）举行，由此华南理工大学成立的第二家直属附属医院。9月，华南理工大学入选国家“双一流”建设高校。11月，学校获评第一届全国文明校园荣誉称号。

2018年3月，入选教育部首批“新工科”研究与实践项目。7月6日，学校入选2018年度全国创新创业典型经验高校。8月，国家国防科技工业局、教育部联合发文，确定“十三五”期间新增8所共建高校，华南理工大学位列其中。同年11月，入选广东省新一轮高水平大学建设计划中的“高水平大学重点建设高校”和教育部第一批中华优秀传统文化传承基地。

2019年2月，学校被教育部认定为首批高等学校科技成果转化和技术转移基地。2020年4月，华南理工大学入选高校类国家级双创示范基地10强。10月16日，被国家知识产权局、教育部确定为2020年度国家知识产权示范高校。20日，加入“城乡规划扶贫联盟”以及成为广东省高校港澳台侨学生管理研究联盟理事单位。2021年5月，入选教育部办公厅公布的首批未来技术学院名单。2022年2月14日，华南理工大学入选第二轮“双一流”高校名单。3月，教育部公布2021年度普通高等学校本科专业备案和审批结果，华南理工大学新增了智能车辆工程、智能建造、马克思主义理论3个本科专业。7月27日，珀金埃尔默与华南理工大学医学院共建的转化医学卓越中心正式揭牌。8月21日，联合发起中国技术创业协会校企融合专业委员会。

2023年1月12日，共同发起成立的卓越大学智库联盟成立大会召开。2月9日上午，广东省哲学社会科学重点实验室——华南理工大学数字乡村与文旅可持续发展重点实验室揭牌仪式在华南理工大学举办。6月，华南理工大学与珠海市人民政府签订合作协议，珠海市妇幼保健院（珠海市妇女儿童医院）将挂牌“华南理工大学附属珠海妇儿医院”。8月14日，华南理工大学与宿迁市人民政府校地合作启动仪式在江苏省宿迁市高新区举行。同年9月，学校入选第二批国家卓越工程师学院建设高校名单。同年11月14日，华南理工大学对外公布，将于2023年11月17日校庆日起，面向社会开放预约参观。同年12月，华南理工大学等牵头的粤港澳大湾区网络空间安全产教融合共同体在海南海口正式成立。同年11月20日，华南理工大学举行国家卓越工程师学院揭牌仪式和理事单位授牌仪式。同年12月7日上午，华南理工大学方瑞创新药物研究院揭牌成立。同年12月9日，华南理工大学等共同发起成立广东省高等教育学会新商科实验教学专业委员会。同年12月底，华南理工大学粤港澳大湾区网络生态治理研究中心揭牌。

2024年11月，华南理工大学外国语学院与科大讯飞华南有限公司携手共建的“ai赋能外语学习研究中心”在华南理工大学五山校区正式揭牌。

2025年1月，拟入选新一批省级示范性现代产业学院名单。3月18日，华南理工大学-太力集团先进功能材料联合实验室正式揭牌。