Κατά την περίοδο 1844-1862, πλην του κυριακάτικου και καθημερινού Σχολείου, δημιουργείται και Ανώτερο σχολείο, που περιλαμβανει την Αρχιτεκτονική και τις Καλές Τέχνες. Την περίοδο αυτή εισάγεται ως μάθημα και η Μηχανουργία. Τον Ιανουάριο του 1856 ακούστηκαν για πρώτη φορά μαθήματα περί "Μαγνητικής" και περί "Στατικού Ηλεκτρισμού" και τον Ιούνιο του 1860 εκπαιδεύτηκαν οι πρώτοι χειριστές Τηλεγράφου.
Κατά την τριετία 1862-64, το Πολυτεχνείο αναδιοργανώνεται με εισαγωγή περισσότερων τεχνικών μαθημάτων. Η τάση αυτή συνεχίζεται έως το 1873. Οργανώθηκε το μηχανουργείο, το οποίο ονομάστηκε "Σιδηρουργικό Εργοστάσιο", και δημιουργήθηκε το "Τηλεγραφικό Εργοστάσιο", ενώ εξαπλώνεται το τηλεγραφικό δίκτυο σε όλη τη χώρα. Το 1873 το Πολυτεχνείο μεταφέρεται στα κτήρια της οδού Πατησίων και παίρνει την ονομασία Μετσόβιον Πολυτεχνείον, για να τιμιθούν οι ευεργέτες και οι δωρητές από το Μέτσοβο.
Η μορφή αυτή συνεχίζεται και μετά το 1873. Το 1881 ιδρύεται μονοτάξια Τηλεγραφική Σχολή, με διάρκεια σπουδών ένα έτος.
Το 1887 το Μετσόβιο Πολυτεχνείο χωρίζεται και οι τεχνικές ειδικότητες υπάγονται στο Σχολείο Βιομηχάνων Τεχνών όπως ονομάστηκε. Ιδρύονται 3 Σχολές τετραετούς φοιτήσεως: Πολιτικών Μηχανικών, Μηχανουργών και Γεωμετρών-Εργοδηγών. Συντάσσεται αναλυτικό πρόγραμμα της διδακτέας ύλης και οργανισμός εσωτερικής λειτουργίας. Με τη σύνθεση αυτή λειτούργησε ώς το 1914, οπότε το Ιδρυμα παίρνει την ονομασία "Εθνικόν Μετσόβιον Πολυτεχνείον" και υπάγεται στο Υπουργείο Δημοσίων Εργων. Πλην των Σχολών Πολιτικών Μηχανικών και Μηχανολόγων (όπως μετονομάστηκε η Σχολή Μηχανουργών), το νομοθετικό διάταγμα προβλέπει ίδρυση Σχολών Αρχιτεκτόνων και Ηλεκτρολόγων και Τηλεγραφομηχανικών. Οι σχολές αυτές χαρακτηρίζονται ως ανώτατες και είναι 4ετούς φοίτησης. Διάφορες εκπαιδευτικές δραστηριότητες χαμηλότερης στάθμης εντάσσονται σε Σχολεία εργοδηγών προσαρτημένα στις Ανώτατες σχολές. Συντάσσεται νέος οργανισμός και κανονισμός φοιτήσεως.
Τελικά, το 1917, με νέο νομοθετικό διάταγμα, η Ανωτάτη Σχολή Μηχανολόγων μετατράπηκε σε Ανωτάτη Σχολή Μηχανολόγων και Ηλεκτρολόγων και ιδρύθηκαν επιπλέον οι Σχολές Αρχιτεκτόνων, Χημικών Μηχανικών και Τοπογράφων Μηχανικών.
Στην Ανωτάτη Σχολή Μηχανολόγων-Ηλεκτρολόγων προστίθενται συνεχώς μαθήματα και δημιουργούνται νέα εργαστήρια. ~Ηδη από το 1911 είχε δημιουργηθεί το "Ηλεκτρικόν Εργαστήριον", με σκοπό τον έλεγχο των γνωμόνων ηλεκτρικού και φωταερίου. Παράλληλα, διεξάγονταν ασκήσεις και πειραματική κατάρτιση των σπουδαστών της Σχολής. Στη συνέχεια το Εργαστήριο εμπλουτίστηκε με όργανα και μηχανήματα και απέκτησε ειδικότερο ηλεκτρολογικό χαρακτήρα, απετέλεσε δε το βασικό εργαστήριο από το οποίο επήγασαν όλα τα μετέπειτα ηλεκτρολογικά εργαστήρια. Τα εργαστήρια αυτά είναι: Ηλεκτρικών Μετρήσεων και Υψηλών Τάσεων, Ενσυρμάτου Τηλεπικοινωνίας, Ασυρμάτου και Ηλεκτρονικών Εφαρμογών και, τέλος, της Παραγωγής και Μεταφοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας.
Τα προσφερόμενα μαθήματα από την κοινή Σχολή Μηχανολόγων-Ηλεκτρολόγων ήταν μικτά και όλα υποχρεωτικά. Κατά τη δεκαετία του 1960 άρχισε ήδη να διαφαίνεται η ανάγκη διαχωρισμού των δύο περιοχών. Η διαρκής τεχνολογική πρόοδος κατέστησε αναγκαίο το διαχωρισμό τους, που έγινε το 1975. Επίσης, για ν'ανταποκριθεί η Σχολή στις τεχνολογικές εξελίξεις, δημιουργήθηκαν δύο κύκλοι σπουδών: του Ηλεκτρονικού και του Ενεργειακού Μηχανικού. Με την εφαρμογή του Νόμου Πλαίσιου για τα ΑΕΙ, το 1982, η Σχολή μετονομάστηκε σε Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών με 3 Τομείς: (Ηλεκτροεπιστήμης, Ηλεκτρικής Ισχύος και Πληροφορικής. Από το 1984 οι κύκλοι σπουδών έγιναν τρεις, αφού προστέθηκε και τρίτος κύκλος, του Μηχανικού Υπολογιστών και Πληροφορικής.
Το Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών, με προεδρικό διάταγμα που εκδόθηκε τον Μάϊο του 1991, μετονομάστηκε σε "Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών". Με τη νομοθετική αυτή πράξη αναγνωρίστηκε και τυπικά η κατεύθυνση Μηχανικών Υπολογιστών και Πληροφορικής, την οποία το Τμήμα καλύπτει εδώ και πολλά χρόνια.
Από το 1993 και μετά τέθηκε σε σταδιακή εφαρμογή το νέο πρόγραμμα σπουδών το οποίο προσφέρει τέσσερεις κατευθύνσεις που είναι οι εξής :
Με σκοπό την προώθηση της έρευνας και ανάπτυξης στους ευρύτερους τομείς, το Τμήμα ίδρυσε το Ερευνητικό Πανεπιστημιακό Ινστιτούτο Συστημάτων Επικοινωνιών και Υπολογιστών (ΙΣΕΥ). Το ΙΣΕΥ είναι ένα νομικό πρόσωπο ιδιωτικού δικαίου, συνδεδεμένο με το Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών και οργανικά υπαγόμενο στο Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Το ΙΣΕΥ ιδρύθηκε το 1989 από το Υπ. Εθνικής Παιδείας και Θρησκευμάτων με σκοπό να προωθήσει την έρευνα και ανάπτυξη στους ευρύτατους τομείς των τηλεπικοινωνιακών συστημάτων και τεχνικών, των υπολογιστικών συστημάτων και των εφαρμογών τους σε πλήθος τομέων, όπως τα Συστήματα Τηλεπικοινωνιών, η Τεχνολογία Λογισμικού και Υλικού Η/Υ, ο Αυτόματος Ελεγχος και η Ρομποτική, τα Συστήματα Ηλεκτρικής Ισχύος και Ηλεκτρικών Μηχανών, τα Συστήματα Αποφάσεων και η Βιοϊατρική Τεχνολογία.