三山五园是北京西郊一带皇家行宫苑囿的总称，是从康熙朝至乾隆朝陆续修建起来的。有关三山五园的具体所指，目前公认的说法为香山，万寿山，玉泉山。三座山上分别建有静宜园、清漪园（颐和园）、静明园，此外还有附近的畅春园和圆明园，统称五园。
清华园有被时人称为“李园”，被誉为“京师第一名园”。园主李伟是万历皇帝朱翊钧的生母李太后的父亲，官封武清侯，权顷朝野，炙手可热。因而他的清华园就建造得规模宏伟，堂皇富丽，与其身份十分相符。康熙于二十三年（1684）和二十八年（1689）两次南巡，十分喜爱江南山水之美，便想把江南风景移至京城。当他看到清华园遗址一带地势平阔，景色秀美，“沃野平畴，澄波远岫，绮和绣错，盖神皋之胜区也”，便降旨命吴人叶陶，在清华园基址上建造第一座皇家“御园”，作为“避喧听政”之所。康熙二十九年（1690），全园建筑告竣，正式命名为“畅春园”，寓意“四时皆春”，“八风来朝”、“六气通达”。
雍正三年（1725年），雍正帝将圆明园升为离宫，开始大规模扩建，将其面积由300亩扩大至约3000亩，并命名了“圆明园二十八景”。乾隆帝即位后，开始了大规模的园林兴建。他首先在乾隆二年（1737年）将圆明园二十八景扩建为四十景，随后在乾隆十年（1745年）在其东边修建长春园。同年在香山修建静宜园，建成二十八景。1749年（乾隆十四年），为向其母祝寿，在瓮山（改名万寿山）兴建清漪园，至1764年建成。同一时期对太后居住的畅春园进行大修，在其西部增建西花园，为皇子读书居住之所。1750年（乾隆十五年）扩建玉泉山静明园（1692年由澄心园改名），将玉泉山全部圈占，并修建了静明园十六景，1759年建成。1760年，长春园北部西洋楼景区竣工。1769年，将圆明园东南若干皇子和公主赐园收回，并为绮春园。至此“三山五园”工程基本全部完成。
随着清朝国势转衰，逐渐放弃了对园内建筑的增建和修补，至道光年间，畅春园已趋破败，迫使道光帝将恭慈皇太后（孝和睿皇后）接往圆明园绮春园居住。清朝道光二年（1822年），熙春园分为东西两园，工字厅以西部分称近春园，以东称清华园，清华园赐五皇子奕综，近春园四皇子赐奕詝，俗称为“四爷园”。咸丰登基之后，将东边的熙春园改名为“清华园”。现存清华园门匾是清代咸丰皇帝所赐。
“清华园”工字厅后面的匾额题“水木清华”四字，两旁有对联一副曰：槛外山光历春夏秋冬万千变幻都非凡境；窗中云影在东西南北去来澹（dàn）荡洵是仙居。这“水木清华”四字典出晋谢叔源的《游西池》诗，“景昃鸣禽集，水木湛清华。”这“湛”为澄清之意。因工字厅后有池，故有谢氏诗句，题为“水木清华”。
咸丰十年（1860年），英法联军入侵北京，火烧圆明园，近春园得以幸免。同治时拟重修圆明园，但由于经费不足以支付从新疆运送材料的运费，决定拆毁近春园，将石材用于圆明园的修缮。但拆毁近春园后由于太平天国运动，清朝国力衰微，重修圆明园计划被搁置，从此近春园沦为“荒岛”达100余年。1913年近春园并入清华大学校区，统称清华园。
近春园荷塘因散文名篇《荷塘月色》而闻名，1927年夏，居于附近的朱自清先生漫步于荷塘西北角，写下《荷塘月色》一文。现在岛上建有“荷塘月色亭”以资纪念，亭内有朱自清先生手迹。但许多人常将“水木清华”处的荷塘误认为是《荷塘月色》中的荷塘，这也是“清华四怪”之一：“两处荷塘争月色”。
1900年，八国联军侵略中国，清政府与十一国签订了丧权辱国的《辛丑条约》，赔银四亿五千万两。其中美国分得三千二百多万两。美国政府因“所收庚子赔款原属过多”，决定退还部分，徐世昌主张用此款开发东北，袁世凯主张用于实业，而时任清政府外务部右侍郎的梁敦彦则力主开办学堂。梁敦彦的主张恰好与美国政府计划一致。1904年，经谈判交涉，美国政府决定将赔款的一部分，自1909年起至1940年止，逐年按月“退还”给中国，指定用于文化教育事业。
1908年，梁敦彦代表清政府与美国签约，中国自1909年起每年选派100名留学生赴美学习，直至1940年。根据中美协议，清政府成立了“游美学务处”，梁敦彦还推荐同为第一批留美幼童的唐国安主持赴美留学事宜。1909年清政府成立了游美学务处，负责直接选派学生游美，同时着手筹设游美肄业馆。唐国安参与“庚款留美”的具体组织工作，担任外交部、学部所共属的“游美学务处”会办，进而成为清华学堂副监督、监督，清华学校第一任校长。
1910年11月，游美学务处向外务部、学部提出了改革游美肄业馆办法。唐国安为为游美学务部肄业馆选址清华园，故呈请将游美肄业馆名称改为“清华学堂”。12月，清政府学部批准了这个改革办法。之后，清末兼管学部和外务部的军机大臣那桐于宣统辛亥年（1911年）为清华学堂题写了校名。我们今天看到的清华学堂大楼大门外，正额“清华学堂”四字即为那桐手书。1911年4月26日，清华学堂正式成立，所有办学方法均照美国学堂实行。
辛亥革命后，清华学堂改名清华学校。1925年设立了大学部，开始招收四年制大学生。1928年国民党政府接管清华学校，将校名改为“国立清华大学”。翌年旧制全部结束，完成了从留美预备学校到大学的过渡。