Кафедра «Теплоенергетики, теплових та атомних електричних станцій» була створена на базі кафедри «Механіка і теорія машин», якою керував з 1871 р. до 1892 р. проф. Ян Франке. З 1892 р. обов’язки завідувача кафедри виконував Тадеуш Фідлер. У 1898 р. кафедра поділилась на дві: «Механіка і теорія машин» і «Теорія теплових машин». Кафедру «Теорія теплових машин» очолив проф. Т. Фідлер і керував нею 35 років. Тож 1898 р. можна вважати роком створення теперішньої кафедри «Теплоенергетики, теплових та атомних електричних станцій».
Професор Тадеуш Фідлер народився 1858 р. у м. Сянок, у 1876 р. був зарахований на хімічний факультет Львівської політехніки, де навчався два роки, а пізніше перевівся на механічний факультет, який закінчив за два роки. Після закінчення Львівської політехніки працював асистентом. З 1883 р. — інженер-механік австрійського Військово-морського флоту. У 1892 р. був запрошений на посаду професора Львівської політехніки. У 1892 р. проф. Т. Фідлером створено у Львівській політехніці науково-дослідну станцію механіки. У ці роки він викладав більшість курсів кафедри, зокрема «Термодинаміку», «Теорію газових двигунів». У 1909 р. під його керівництвом створена калориметрична лабораторія.
У 1913 р. професор Т. Фідлер був ініціатором будівництва механічного (нині 10-го навчального) корпусу. Під час першої світової війни ці роботи були припинені і закінчені лише у 1925 р. У 1929 р. завідувачем кафедри став професор Роман Віткевич, який фактично керував кафедрою до 1934 р. На цей період припадає активна багатогранна діяльність проф. Р. Віткевича. Свою багату наукову творчість від почав працею «Тертя і механічна енергія кривошипного механізму». У 1929 р. з допомогою надзвичайно талановитого асистента кафедри Адама Віцинського були збудовані два безшатунні агрегати, які викликали зацікавлення всього тодішнього наукового світу. Проф. Р. Віткевич народився у 1886 р., у 1906 р. закінчив Львівську політехніку з відзнакою. Протягом 1909-1911 рр. стажувався на підприємствах Європи. З 1915 р. — доктор наук.
У 1934 р. виконуючим обов’язки завідувача кафедри стає проф. Станіслав Охендушко, який працював на цій посаді до 1937 р. Станіслав Охендушко народився 1898 р. У 1917 р. був зарахований на юридичний факультет Львівського університету. З 1918 р. до 1921 р. служив у польській армії. У 1921-1928 рр. навчався на механічному факультеті Львівської політехніки. У 1928-1934 рр. — ад’юнкт кафедри «Теорія теплових машин». У 1929-1930 рр. стажувався в Мюнхені на кафедрі «Термодинаміка» у Вільгельма Нуссельта. У 1934 р. захистив докторську дисертацію З 1937 р. до 1941 р. він був завідувачем кафедри «Теорія теплових машин». Під час окупації (1941-1944 рр.) С. Охендушко організував технологічні курси для інженерів-теплотехніків. З 1944 р. до 1946 р. працював професором у Львівській політехніці. У 1946 р. С. Охендушко переїхав до м. Глівіце (Польша), де організував кафедру «Теплові машини» при Шльонській політехніці.
З 1944 р. до 1958 р. завідувачем кафедри працював професор Вільгельм Мозер, 1889 р. народження. З 1906 р. до 1911 р. В. Мозер навчався на механічному факультеті Львівської політехніки за спеціальністю «Будова теплових транспортних машин». З 1912 р. до 1926 р. працював у дирекції Львівської залізниці. З 1919 р. працював асистентом кафедри «Технологія металів» Львівської політехніки. З 1922 р. очолив кафедру теплових транспортних машин. Професор Мозер зробив чималий практичний внесок у розвиток парових машин.
Протягом 1958-1966 рр. завідувачем кафедри був канд. техн. наук, доц. Степан Ілліч Петренко, який розробляв теорію акумуляції тепла металом теплоенергетичного обладнання. Того часу кафедра мала назву «Теплові електричні станції». Народився С.І. Петренко у 1895 р. у с. Низи Краснопільського району Сумської області. У 1924-1930 рр. навчався у Харківському технологічному інституті. У 1930-1932 рр. — аспірант ХТІ. Після аспірантури С.І. Петренко працював у Харківському авіаційному інституті конструктором спецмашин. З 1939 р. до 1940 р. — ст. інженер Харківського турбогенераторного заводу і одночасно викладав в ХАІ курси загальної і спеціальної термодинаміки. У 1940 р. був обраний за конкурсом завідувачем кафедри Харківського інституту механізації сільського господарства. У 1946 р. С.І. Петренку присвоєно вчений ступінь кандидата технічних наук. З 1946 р. працював спочатку доцентом, а потім завідувачем кафедри «Теплові електричні станції» Львівської політехніки. Автор близько 70 наукових праць. У 1949-1952 рр. був деканом механічного факультету.
З 1966 р. до 1968 р. завідувачем кафедри «Теплові електричні станції» працював Артем Григорович Прокопенко — тоді головний інженер Південного відділення ОРГРЕС. Протягом 1945-1950 рр. він навчався у Львівській політехніці. Після її закінчення рік працював на кафедрі «Теплові електричні станції». З 1951 р. працював у Південному відділенні ОРГРЕС на посаді інженера, ст. інженера, бригадного інженера, головного інженера, директора. Протягом цих років займався питанням маневреності устаткування ТЕС, а саме розробкою і впровадженням раціональних режимів пусків з різних теплових станів. Колективом південного відділення ОРГРЕС під його керівництвом були розроблені режими пусків і зупинок блоків на ковзних параметрам пари, а також режими роботи блоків на змінних навантаженнях.
Ці дослідження виконані для всіх типорозмірів блоків потужністю 100, 150, 300 і 800 МВт. За ініціативою А.Г. Прокопенка і за його безпосередньої участі організовані дослідження зі спалювання низькосортних палив та пуску, випробовування і налагодження теплосилового устаткування ТЕС і АЕС. Проведені великі роботи із створення тренажерів, які базувались на обчислювальній техніці, а також роботи із захисту навколишнього середовища. За результатами досліджень опубліковано більше ніж 200 наукових робіт та отримано 16 винаходів, крім того розроблено багато раціональних пропозицій з великим економічним ефектом. За ці роботи А.Г. Прокопенко нагороджений двома орденами, а також став лауреатом премії Ради Міністрів СРСР. У 1964 р. захистив кандидатську дисертацію.
З 1968 р. до 1974 р. кафедру очолював канд. техн. наук, доц. Чабан Орест Йосифович. Він народився у 1931 р. в с. Долина біля м. Сянока (тепер Польща). У 1946 р. переселений в Україну, на Львівщину. Протягом 1948-1953 рр. навчався у Львівській політехніці, Оодержавши кваліфікацію інженера-теплотехніка, в 1953-1968 рр. працював у Південному відділенні ОРГРЕС, виконуючи роботи налагодження та дослідження енергоустановок на різних електростанціях Радянського Союзу. Здійснював, зокрема, технічне керівництво пуском і введенням і експлуатацію першого енергоблоку 150 МВт в Азербайджані, та перші черги Молдавської і Бурштинської ДРЕС з блоками 200 МВт. У 1968 р. захистив кандидатську дисертацію, в якій відобразив результати експериментальних та розрахункових досліджень проміжних режимів роботи котлів. У 1974-1990 рр. працював доцентом тієї самої кафедри, а у 1990-1996 рр. — завідувачем об’єднаної кафедри «Теплотехніка і теплові електричні станції». У 1991 р. отримав диплом доктора технічних наук за результатами захисту дисертації на тему «Теоретичні основи розрахунків систем передачі тепла енергоустановок». У 1992 р. отримав вчене звання професора.
З 1974 р. до 1988 р. завідувачем кафедри стає канд. техн. наук, доц. Фатєєв Юрій Володимирович. Протягом 1952-1957 рр. навчався у Львівській політехніці. З 1957 р. по 1969 р. — асистент, ст. викладач кафедри «Теплові енергетичні установки електростанцій». У 1972 р. захистив кандидатську дисертацію, займався науковою роботою на тему «Дослідження динамічних процесів у пароперегрівниках». За результатами цих досліджень опубліковано понад 70 наукових статей та винаходів. Протягом 1971 — 1980 рр. — заступник декана теплотехнічного факультету.
З 1988 р. до 1990 р. завідувачем кафедри стає канд. техн. наук, доц. Пеньков Вячеслав Іванович. протягом 1958-1962 рр навчався у Львівській політехніці. з 1962-1974 рр. — асистент, старший викладач кафедри «Теплові енергетичні установки електростанцій». У 1974 р. захистив кандидатську дисертацію на тему: «Дослідження аеродинаміки струминних газових течій у теплоенергетиці». У 1975 р. присвоєно вчене звання доцента кафедри термодинаміки і теплотехніки. Протягом 1975-1980 рр. працював в Алжирі в Національному університеті нафти, газу і хімії. З 1980 року до 1982 — заступник декана, а з 1982 до 1991 р. — декан теплотехнічного факультету. Паралельно 1988-1990 рр. — працював завідувачем кафедри теплотехніки і теплових електричних станцій.
З 1996 р. завідувачем кафедри стає докт. техн. наук, проф., заслужений діяч науки і техніки України, лауреат Державної премії України в галузі науки і техніки Мисак Йосиф Степанович. Він народився в 1948 р. в с. Нестаничі на Львівщині. У 1972 р. Й. Мисак після закінчення Львівської політехніки був направлений в Південне відділення ОРГРЕС на посаду інженера, де пройшов усі сходинки інженерної діяльності. У 80-х роках Й. Мисак виконав великий комплекс експериментів з дослідження ефективної роботи теплоенергетичного устаткування енергоблоків 150-800 МВт. Під його керівництвом та за безпосередної участі розроблені та впроваджені ряд розробок на енергоблоках Лукомльскої (Білорусь), Запорізької, Трипільської Бурштинської, Добротвірської (Україна), Смоленської, Дорогобужської (Росія ), Молдавської ТЕС (Молдова), Київської ТЕЦ-5 та ТЕЦ-6.
Найбільш вагомими розробками необхідно вважати розширення регулювального діапазону енергоблоків 300-800 МВт з газомазутними та пиловугільними котлами на ковзних параметрах, дослідження та впровадження режимів перевантажень енергоблоків, підвищення ефективності роботи регенеративних повітропідігрівників. На основі науково — експериментальних досліджень 1981 р. у Білоруському політехнічному інституті Й. Мисак захистив кандидатську дисертацію. З 1982 р. до 1985 р. Й. Мисак перебував у службовому закордонному відрядженні в Югославії, де брав участь у пуску і післяпусковому налагодженні енергоблоку 300 МВт з котлом ТП-64. У той час Йосиф Степанович плідно працює з науковцями-енергетиками Югославії. Результатом наукової діяльності з підвищення ефективності роботи устаткування ТЕС Югославії став захист докторської дисертації у Белградському університеті. У 1987 р. йому присвоєно вчене звання доктора технічних наук. У 1994 р. в НАН України захищає ще одну докторську дисертацію. З 1989 р. Й. Мисак працює на кафедрі «Теплотехніки та теплових електричних станцій» Львівської політехніки спочатку ст. викладачем, доцентом, професором, а з 1996 р. — завідувачем кафедри. Багато уваги Й. Мисак приділяє популяризації проблем енергетики та екології, часто виступає на семінарах та конференціях з доповідями. Він опублікував у співавторстві та одноосібно більше 450 науково-технічних праць у вітчизняних та закордонних журналах, розробив 26 галузево керуючих документів (ГКД) видав у співавторстві 17 книг, в тому числі 6 монографій, більше 100 навчально-методичних розробок, отримав більше 100 авторських свідоцтв СРСР на винаходи, та патентів України, значна частина яких впроваджена на ТЕС України, а також країн СНД, підготував 2 доктори та 9 кандидатів технічних наук.
З січня 2018 року кафедру ТТАЕ очолює докт. техн. наук, проф., заслужений діяч науки і техніки України, лауреат Державної премії України в галузі науки і техніки Семерак Михайло Михайлович.
Напрямок науково-дослідної роботи кафедри — дослідження маневреності, надійності та економічності теплоенергетичного і тепловикористовуючого устаткування ТЕС і АЕС. Для виконання цих робіт при кафедрі створено науково-дослідну лабораторію.
За спонсорської підтримки у Львівській політехніці на комбінаті харчування встановлено сучасні сонячні колектори, для ГВП, вивчення роботи яких здійснюється студентами на дисципліні «Нетрадиційні та поновлювані джерела енергії». З метою підвищення якості навчального процесу і науково-дослідної роботи на кафедрі створений комп’ютерний клас.
У зв’язку з відкриттям на базі кафедри у 2015 році нового перспективного напряму підготовки «Атомна енергетика» розпочато роботи з створення та наповнення навчальної лабораторії «Атомна енергетика». Зокрема, за підтримки НАЕК «Енергоатом» лабораторію розширено основним енергетичним устаткуванням, в тому числі «Імітатором паливної касети».
У 2017 році кафедра змінила назву на «Теплоенергетика, теплові та атомні електричні станції». Вагомий вклад у науково-дослідні та навчальні роботи кафедри має існуюча котельня Львівської політехніки, на базі якої є можливість дослідження та налагодження режимів роботи енергетичного обладнання та теплових мереж. При кафедрі функціонує докторантура та аспірантура за спеціальністю 05.14.06 «Технічна теплофізика та промислова теплоенергетика». За останні п’ять років на кафедрі захищено п’ять кандидатських дисертацій, та дві докторські.
Колектив кафедри за останнє десятиріччя видав близько 150 навчально-методичних розробок, 7 монографій, 6 навчальних посібників, опублікував понад 250 статей, отримав понад 70 патентів України на винаходи.