Die Technische Universität Carolo-Wilhelmina entstand aus dem Collegium Carolinum, das auf Rat des Abtes J. F. W. Jerusalem, eines liberalen Theologen der Aufklärungszeit, durch Herzog Carl I. im Jahre 1745 gegründet wurde. Das Bildungsangebot erstreckte sich von Vorlesungen über technische, naturwissenschaftliche und merkantile Fachgebiete, über Sprach- und Geisteswissenschaften bis zur Theologie und Chirurgie. Die Aufgabe des Collegiums, neben einer guten Allgemeinbildung die Erkenntnisse der Technik und Naturwissenschaft, auf eine streng wissenschaftliche Grundlage gestellt, den Studierenden zu vermitteln, war eine Konzeption wie sie der heutigen Technischen Universität entspricht und war richtungsweisend für ähnliche Bestrebungen in Deutschland.
Die Weiterentwicklung des Collegiums bis zum Jahre 1862 war durch den teilweise stürmischen Aufschwung der Technik, Natur- und Geisteswissenschaften des 18. und 19. Jahrhunderts gekennzeichnet, dem es sich ständig anpassen musste. Während der napoleonischen Besetzung konnte es seinen Fortbestand Dank seiner Bedeutung auf technisch-wissenschaftlichem Gebiet als Militärakademie erhalten. Von 1862 bis 1877 wurde das Collegium als herzogliche polytechnische Schule weitergeführt. Diese Beschränkung auf die rein technischen Abteilungen, geprägt von den kleinstaatlichen Interessen des damaligen Herzogtums Braunschweig, konnte für die Dauer jedoch keinen Bestand haben.
Im Jahre 1877 erfolgte daher zugleich mit dem Einzug in das neu errichtete Gebäude in der Pockelsstraße die Umwandlung in die Technische Hochschule Carolo-Wilhelmina; Carolo zur Erinnerung das Collegium und seinen Stifter, Wilhelmina zur Erinnerung an Herzog Wilhelm, in dessen Regierungszeit die Entwicklung zur Technischen Universität vollzogen wurde. Die Anerkennung der hier abgelegten Prüfungen wurde durch Verträge mit den anderen Bundesstaaten gesichert. Durch Einführung der Rektoratsverfassung und Verleihung des Promotionsrechts wurde das Ansehen der Hochschule weiter gestärkt. In den folgenden Jahrzehnten wurde durch Neuerrichtung von Lehrstühlen und Instituten, Erweiterungs- und Neubauten, Vergrößerung des Lehrkörpers der Weiterentwicklung der Wissenschaften Rechnung getragen. Zugleich nahm die wissenschaftliche Forschung in Verbindung mit der Lehre in steigendem Maße an Bedeutung zu.
Der zweite Weltkrieg bereitete dieser Entwicklung ein jähes Ende. Nach nahezu 70 % Zerstörung kam der Lehrbetrieb im Sommersemester 1945 zum Erliegen. Durch den selbstlosen Einsatz der Dozenten- und Studentenschaft und des Hochschulpersonals konnte aber bereits im Wintersemester 1945/46 der Betrieb notdürftig wieder aufgenommen werden. Dank der Unterstützung der Niedersächsischen Landesregierung, insbesondere des Kultusministeriums, der örtlichen Behörden und vieler großzügiger Spender aus Industrie und Wirtschaft begann der Wiederaufbau des Altbereichs und gleichzeitig die Erschließung eines Neubaugebietes.
Durch Beschluss der Landesregierung erfolgte mit dem Erlass einer Vorläufigen Verfassung am 1.4.1968 die Umbenennung in Technische Universität.
Am 1.10.1978 wurde durch das Inkrafttreten des Niedersächsischen Hochschulgesetzes die Pädagogische Hochschule Niedersachsen aufgelöst und die bisherige Abteilung Braunschweig der Pädagogischen Hochschule Niedersachsen und die Technische Universität Braunschweig zur Technischen Universität Braunschweig zusammengeschlossen.