北京大学工学院先进材料与
纳米技术系成立于2005年2月，是北京大学年轻的工科院系之一，2011年7月，先进材料与纳米技术系更名为
材料科学与工程系。先进材料与纳米技术系现有教授13人（含兼职教授1人），其中教育部新世纪优秀人才4人，教授7人，特聘研究员6人，教师中曾获得过全国百篇优秀
博士论文荣誉3人。材料系所有教师均具有国外大学任教或研究经历。
材料科学与工程系设立“材料科学与工程”本科专业1个，“先进材料与力学”硕士点，“先进材料与力学”博士点、“材料科学与工程”博士点（中外合作）。
随着我国社会的发展，现代工业技术愈加处于关键地位。北京大学原有的学科设置偏向文、理, 医等学科，在基础学科教学、科研实力占据国内首屈一指地位的同时，面向现代工业技术的工程学科未得到充分发展。在这样的背景下，与国家需求、经济建设相结合，创造自主
知识产权，实现工业兴国战略，帮助北京大学基础学科研究成果进行产业化转化，为祖国的建设服务，就成了摆在北京大学面前的一项重要使命；另一方面，北京大学要建设成为世界一流大学，在未来尖端新技术的前沿学科和交叉学科占有一席之地，学科完备十分重要。这些需求，就要求北京大学大力发展工程学科。
北京大学在
工程技术人员培养、
应用科学研究及技术开发等方面有进一步提高的空间。从目前的条件和国家发展形势来看，北京大学有条件组建起点较高的新的工学院的模式，使之成为完备的
研究型大学。2005年2月，北京大学校长办公会议决定利用自身强大的理科、医科以及
人文科学的综合学科优势，重新创建工学院。
2006年2月，北京大学和美国Georgia Institute of Technology合作，决定创建PKU-GT CoE union（北京大学-乔治亚理工学院联合工学院），由乔治亚理工学院教授
王中林担任联合工学院材料系首任系主任。共同促进材料学、
工程科学的发展。由此，北京大学工学院先进材料与纳米技术系开始了
材料科学高层次人才培养的序幕。北京大学工学院先进材料与纳米技术系于2006年招收“先进材料与力学”专业的硕士和博士。
2010年，北京大学工学院先进材料与纳米技术系增设“
材料科学与工程”本科专业，旨在培养学生掌握材料科学和工程学科所需的基本的数学、物理学、
化学和工程学理论知识，以及材料科学与工程等方面的专门化知识和实验技能。学生毕业后，可在相关领域继续深造，也可以从事相关专业的科研、教学和应用工作。
2010年4月27日，北京大学与美国
佐治亚理工学院在京正式签署联合培养博士项目的协议。这是中美两国大学首次联合培养博士：“
生物医学工程博士”、“材料科学与工程博士”项目。该项目下的博士生毕业后，学位证书由北京大学和佐治亚理工学院共同颁发。联合培养的专业包括生物医学工程、
材料科学与工程 联合博士项目共设立两个校区，分别为：北京校区(北京大学)和
亚特兰大校区(佐治亚理工学院)。每学年，两校区各招收联合博士生20名(生物医学工程专业10名；材料科学与工程专业10名)。联合博士项目学制为5年，学生在其主校区完成大部分课程及科研工作；同时，必须在第二校区完成至少一年的科研工作(通常在入学第三年)。所有联合博士生在北京大学、
佐治亚理工学院同时注册。
首任系主任是
中国科学院外籍院士、著名的材料学家、美国佐治亚理工学院材料科学与工程系教授
王中林。现任执行系主任是
韩平畴。
北京大学材料科学与工程系从2010年起招收材料科学与工程专业本科生，目前拥有“先进材料与力学”与“材料科学与工程”两个工学博士点：
“先进材料与力学”专业计划每年招收10-20名研究生，包括硕士生与博士生。研究生主要从全国重点院校的材料，物理，
化学与电子类专业的优秀本科毕业生中录取。凡是获得大学免试推荐资格的本科毕业生，或已获得硕士学位的研究生，以及具有一定研究工作能力的大学教师与从事研究工作的工程师，均符合报名条件。
“
材料科学与工程”专业为北大工学院先进材料与
纳米技术系和
佐治亚理工学院材料科学与工程系博士生联合培养项目，授予联合工学博士学位，计划每年招收10名研究生。