北洋大學前身是1895年由盛宣懷創設的天津中西學堂，又名北洋西學堂，分為頭等、二等兩校。當時聘美國人丁家立為總教習。頭等學堂設有工程、電學、礦務、機器、律例5科，學制4年，性質屬於專科學校，畢業後可升入“專門之學”；二等學堂為普通中學性質，學制也是4年，畢業後升入頭等學堂。1900年停辦。
1902年9月15日，直隸總督兼北洋大臣袁世凱恢復了天津頭等二等學堂，並將其改建為北洋大學堂。至1903年4月始正式開學。本科為3年畢業，法科為4年畢業。學校設有土木工程、採礦、冶金等課程，為中國最早的工科大學。開學後，袁世凱先後派遣北洋學生赴美國和日本留學。