北洋大学前身是1895年由盛宣怀创设的天津中西学堂，又名北洋西学堂，分为头等、二等两校。当时聘美国人丁家立为总教习。头等学堂设有工程、电学、矿务、机器、律例5科，学制4年，性质属于专科学校，毕业后可升入“专门之学”；二等学堂为普通中学性质，学制也是4年，毕业后升入头等学堂。1900年停办。

1902年9月15日，直隶总督兼北洋大臣袁世凯恢复了天津头等二等学堂，并将其改建为北洋大学堂。至1903年4月始正式开学。本科为3年毕业，法科为4年毕业。学校设有土木工程、采矿、冶金等课程，为中国最早的工科大学。开学后，袁世凯先后派遣北洋学生赴美国和日本留学 () 。