Pierwsza w Polsce Katedra Teorii Maszyn i Mechanizmów została powołana 15 maja 1955 roku na Wydziale Mechaniczno-Konstrukcyjnym Politechniki Warszawskiej. Jej kierownikiem został prof. nzw. Jan Oderfeld. Pierwszym pracownikiem Katedry był kandydat nauk technicznych (odpowiednik stopnia doktora) Adam Morecki. W tym samym roku dołączył do zespołu st. asystent Andrzej Olędzki. Pierwszą lokalizacją Katedry były dwa pomieszczenia w Instytucie Techniki Cieplnej. W roku 1959 Katedra TMM została przeniesiona do pomieszczeń w nieistniejącym już gmachu Starej Mechaniki na terenie głównym Politechniki.
Jesienią roku 1960 z połączenia dwóch wydziałów: Wydziału Mechanicznego Konstrukcyjnego oraz Wydziału Lotniczego powstał nowy Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa. Specjalizacja problematyki naukowej doprowadziła w tym samym roku do utworzenia w Katedrze TMM dwóch zakładów. Zakład Teorii Maszyn i Mechanizmów, kierowany przez prof. zw. dr. Jana Oderfelda, koncentrował się wokół problematyki optymalizacji, diagnostyki oraz dynamiki stochastycznej. Zakład Miernictwa Wielkości Dynamicznych, kierowany przez doc. dr. inż. Adama Moreckiego, koncentrował się wokół problematyki pomiarów, budowy aparatury pomiarowej oraz biocybernetyki. W roku 1967 Katedrę TMM przeniesiono do budynku Nowo Lotniczego.
W związku z reorganizacją Uczelni, 1 września 1970 roku Katedra TMM została przemianowana na Zakład Teorii Maszyn i Mechanizmów. Profesor Jan Oderfeld, wieloletni kierownik Katedry TMM, stał na czele Zakładu TMM aż do odejścia na emeryturę. W roku 1971 w Zakładzie TMM powołano, kierowany przez prof. Adama Moreckiego, Zespół Biomechaniki Technicznej, a w 1973, kierowany przez prof. Andrzeja Olędzkiego, Zespół Modelowania i Symulacji Komputerowej w Budowie Maszyn (oba zespoły kilkukrotnie zmieniały nazwy, podane tutaj obowiązywały od roku 1976).
W latach 1978 – 1984 Zakładem TMM kierował prof. Adam Morecki. Przez następne 15 lat, do roku 1999, funkcję tę pełnił prof. Andrzej Olędzki. W 1992 roku, w związku z zaangażowaniem pracowników Zakładu w uruchomienie studiów na nowym kierunku automatyka i robotyka (pierwszym w Polsce), Zakład TMM przemianowano na Zakład Teorii Maszyn i Robotów.
Kierownikiem Zakładu TMiR w latach 1999 – 2002 był prof. Krzysztof Kędzior. Na początku XXI wieku przestały funkcjonować w sposób systematyczny zespoły naukowe założone przez prof. Adama Moreckiego i prof. Andrzeja Olędzkiego. Aktualnie Zakład nie jest podzielony na mniejsze jednostki, rolę dawniejszych seminariów naukowych Zespołów przejęły zebrania Zakładu.
W latach 2002 – 2008 Zakładem TMiR kierowała prof. Teresa Zielińska, w latach 2008 – 2016 prof. Janusz Frączek, a w latach 2016 – 2024 dr hab. inż. Marek Wojtyra. Obecna działalność naukowa i dydaktyczna Zakładu TMiR dotyczy robotyki przemysłowej, medycznej i mobilnej, kinematyki i dynamiki mechanizmów oraz układów wieloczłonowych, a także biomechaniki zderzeń i biorobotyki.