L'École des arts industriels et des mines se substitue aux cours municipaux de sciences et technologies soutenus depuis 1796 par des sociétés savantes de Lille. Le besoin patronal d'ingénieurs pour l'industrie en expansion s'exprimait alors à Lille comme dans les différentes capitales européennes. La création de l'École centrale des arts et manufactures de Paris en 1829 et de l'École des mines du Hainaut à Mons en 1836 constituent des références pour les autorités publiques de Lille qui expriment la volonté d'établir une école d'ingénieurs civils à Lille.
Simultanément à la création de la faculté des sciences de Lille dont le premier doyen est Louis Pasteur, l'École est inaugurée en 1854 par les autorités publiques de Lille (municipalité et département), soutenant l'essor de l'industrie régionale au XIXe siècle. De 1854 à 1860, l'École fut aussi appelée École industrielle de Lille et École professionnelle de Lille et l'équilibre de son budget de fonctionnement fut précaire. La dénomination École des arts industriels et des mines s'impose à partir de 1861 à l'occasion d'un transfert de tutelle du Ministère de l'instruction publique au Ministère du commerce, son financement étant néanmoins pris en charge par les autorités régionales et par les frais de scolarité : les locaux et le mobilier appartiennent à la municipalité de Lille qui accorde une subvention de fonctionnement, le conseil général du Nord accorde des bourses à des élèves.
Dépendant virtuellement du ministère du commerce bien que financée exclusivement par les autorités régionales, l'École des arts industriels et des mines devient École impériale des arts industriels et des mines en 1864 ; son activité fut très perturbée par la Guerre franco-allemande de 1870 et la chute de l'Empire conduit à sa transformation en l’Institut industriel du Nord en 1872. Son héritière en est l’École centrale de Lille.
Notons que « au conseil général du Nord, à la session de 1871, le directeur de l’École des arts industriels, Bernot, fait un rapport proposant de modifier les conditions d’admission dans son établissement et il demande que le titre soit changé en celui d’École centrale du Nord ». Il anticipe dès 1871 la dénomination École centrale de Lille, qui sera officialisée par le Ministère de l'éducation nationale 120 ans plus tard !
La dénomination officielle de l'École a varié selon la période historique :
L'École a d'abord été localisée de 1854 à 1875 dans le centre de Lille, 2 rue du Lombard (à côté de l'hôtel particulier de l'industriel Scrive), sous ses quatre premières dénominations. De 1875 à 1968, elle a bénéficié de locaux dédiés construits à son intention sur fonds publics dans le centre de Lille, 17 rue Jeanne d'Arc, jouxtant la faculté de sciences de Lille. L'École et ses laboratoires de recherche déménagent avenue Paul Langevin sur le campus de l'Université des Sciences et Technologies de Lille en 1968. En raison de ces différentes évolutions, le laboratoire de mécanique de Lille (LML) et le laboratoire d'électrotechnique et d'électronique de puissance de Lille (L2EP) associés à l'École Centrale de Lille sont localisés aujourd'hui simultanément sur le campus et dans le centre de Lille.