Кафедра «Теплоэнергетика» образована 4 января 1999 г. приказом № 5 ректора УлГТУ в ответ на возросшую потребность Ульяновской области в специалистах-теплоэнергетиках. Основателем и первым заведующим кафедрой был доктор технических наук, профессор Ковальногов Николай Николаевич. Первые преподаватели: кандидат технических наук, доцент Жуховицкий Давид Львович, кандидат технических наук, доцент Лукин Николай Михайлович, ассистент Хахалева Лариса Валерьевна.
Со временем учебная нагрузка на кафедре возрастала, и на кафедру пришли новые сотрудники и преподаватели. Это заведующая учебными лабораториями Миронова Г.И., доценты Сторожик В.Г., Григорьев Н.В., Сенюшин И.Ю., ассистенты Цынаева А.А., Фомин А.Н., Буинов Д.А., Ртищева А.С. Кафедра является выпускающей по специальности «Промышленная теплоэнергетика» и решает весь комплекс организационно-методических, научных и учебных задач, связанных с подготовкой студентов по новому для УлГТУ направлению «Теплоэнергетика». За сравнительно короткий промежуток времени кафедрой выстроена цельная система подготовки специалистов, проведена реорганизация и расширение учебно-лабораторной базы.
Большое внимание выпускающая кафедра уделяет установлению деловых связей с вузами, которые накопили уже значительный опыт подготовки специалистов-теплоэнергетиков и выражают готовность к сотрудничеству. Так, кафедрой был заключен договор о всестороннем сотрудничестве с родственной кафедрой «Промышленная теплоэнергетика» Казанского государственного энергетического университета, которую возглавлял ректор этого университета, чл.-корр. РАН, д.т.н., профессор Назмеев Ю.Г. Эта кафедра оказала всестороннюю безвозмездную помощь в организации учебного процесса, поделилась учебно-методическими разработками.
Становление нового направления подготовки специалистов и новой кафедры потребовало привлечения значительных финансовых и материально-технических средств. В решение этой проблемы весомый вклад вносит крупнейший потребитель специалистов-энергетиков в г. Ульяновске и еще один партнер по договору о сотрудничестве – ОАО «Ульяновскэнерго» (ныне Ульяновский филиал ПАО «Т Плюс»). В рамках этого договора осуществлен ремонт и оснащение учебных лабораторий, прием студентов на производственную и преддипломную практику, стажировка преподавателей, привлечение к преподаванию в вузе крупных специалистов-практиков. Неоценимый вклад в развитие этого партнерства внёс главный инженер ОАО «Ульяновскэнерго», доцент Сторожик В.Г., который в настоящее время является одним из ведущих преподавателей кафедры, руководит практиками и курирует процесс трудоустройства выпускников.
В 2016 году в целях реализации экспортного потенциала образовательных услуг УлГТУ с учётом потребности международного рынка на кафедре была открыта подготовка бакалавров и магистров по новому направлению «Нефтегазовое дело» (профиль «Эксплуатация и обслуживание объектов транспорта и хранения нефти, газа и продуктов переработки»). В связи с открытием нового направления подготовки кафедра «Теплоэнергетика» решением Ученого совета УлГТУ от 29.02.2016 г., протокол № 2, переименована в кафедру «Тепловая и топливная энергетика». Заключено партнёрское соглашение с ООО «Газпром Межрегионгаз Ульяновск» о сотрудничестве в подготовке специалистов по новому направлению, охватывающее широкий спектр вопросов, в том числе привлечение работодателя к формированию и реализации образовательных программ, привлечение к преподаванию специалистов-практиков из числа действующих руководителей и ведущих специалистов работодателя; проведение на базе работодателя учебных, производственных и преддипломных практик студентов; участие работодателя в модернизации и развитии материально-технической базы кафедры. Состоялось два выпуска магистров по этому направлению; первый выпуск бакалавров планируется в 2020 году.
В 2017 году в ответ на новые потребности региональной экономики Ульяновской области на кафедре начата подготовка бакалавров по профилю «Ветроэнергетические системы и комплексы». Первый выпуск планируется в 2021 году.
С 2018 года подготовка студентов по новым направлениям и профилям передана на созданные новые кафедры «Нефтегазовое дело» и «Ветроэнергетические системы и комплексы».