Tout a commencé en 1907 quand le Conseil municipal de Toulouse, a institué le "Cours Municipal d’Electricité Industrielle", devenu en une année plus tard l’Institut d'électrotechnique et de mécanique appliquée de l'université de Toulouse ; avec pour objectif de former des ingénieurs pour l'aménagement électrique et hydraulique du Sud-Ouest de la France ainsi que de contribuer au développement scientifique et technologique de ces disciplines.
En juillet 1910, le diplôme d’Ingénieur électricien est décerné à 41 étudiants parmi la première promotion qui ne regroupait que 44 étudiants, pour atteindre 80 à la veille de la guerre de 1914, nombre remarquable à l'époque.
Le premier directeur de l'école, Charles Camichel (élu en 1936 à l'Académie des sciences), oriente ainsi rapidement la recherche de l’école vers l’hydraulique, lieu où seront entreprises les premières recherches en ce domaine. L’hydraulique, en devenant un des fleurons de l’école, concourt à partir des années 1930, à la renommée de l’ENSEEIHT.
L'école devint une ENSI en 1948 sous la direction du professeur Léopold Escande en raison du haut niveau atteint par ses enseignements mais également du développement important de l'école.
L'accroissement du nombre d'élèves entraîna la création en 1955 d'options de spécialisation en Électrotechnique et Hydraulique, auxquelles vinrent s'ajouter en 1956 une option Électronique et en 1959, une option Mathématiques appliquées, créée pour la première fois dans une école française d'ingénieurs. Cette dernière option prit le nom d'option Informatique en 1967. L'option Électrotechnique a changé de nom en 1998 en devenant l'option Génie électrique et automatique. L'année suivante, 1999, voit l'apparition de l'option Télécommunications et Réseaux.
Aujourd'hui l'ENSEEIHT est considérée comme l’une des plus importantes écoles d’ingénieurs en France en termes d'élèves diplômés chaque année (plus de 400). Elle est aussi considérée comme l'une des meilleures ENSI (École nationale supérieure d'ingénieurs) en termes de difficulté d'intégration.
Depuis la fin de l'année 2008 de nouveaux bâtiments sont en cours de construction sur le site de l'école.
L'école est également membre associé de l'Institut Télécom.