1891년 패서디나 지역의 실업가이자 정치가였던 에이머스 스루프(Amos Throop)에 의해 설립된 직업교육기관에서 출발했다. 1907년 기술전문학교로 개편되었으며, 1910년 현재의 위치로 교사를 이전했다. 1921년 현재의 이름으로 교명을 변경했다. 1920년대 전국적으로 명성을 얻었고, 제2차 세계대전 이후 교수를 충원하고 규모를 확대하며 크게 성장했다. 이 대학은 미국 동부의 매사추세츠 공과대학(MIT)과 더불어 미국에서 가장 우수한 공과대학으로 손꼽힌다.
현재 생물학·생물공학(Biology and Biological Engineering), 화학·화공학(Chemistry and Chemical Engineering), 공학·응용과학(Engineering & Applied Science), 지질·천체 과학(Geological & Planetary Sciences), 물리·수학·천문학(Physics, Mathematics & Astronomy), 인문 사회과학(The Humanities & Social Sciences) 분야의 대학과 대학원으로 구성되어 있다. 공학과 과학 분야의 교육과 연구에 역점을 두고 있다. 학부 과정의 학생들이 가장 많이 선택하는 전공은 물리학, 화학공학, 전기공학, 기계공학, 전산학이다.
2015년 기준으로 2,250여 명의 학생이 재학하고 있다. 대학 재학생 수는 약 921명이고, 대학원 재학생 수는 약 1,205명이다. 교원 수는 293명이다. 부속기관 및 시설로 도서관, 천문대, 체육관, 강당, 기숙사 등이 있다. 부설연구소로 지진연구소, 제트엔진추진연구소, 물리학연구소 등이 있다.
2015년 영국의 QS(Quacquarelli Symonds)가 실시한 세계 대학 평가에서 5위를, <타임즈(TIMES)> 평가 기준에서는 세계대학 순위 1위를 차지했다. QS는 연구, 교육, 졸업생, 국제화의 4개 부문을 주요 지표로 세계 대학을 평가한다.
캠퍼스는 미국 캘리포니아 주 패서디나에 있다. 패서디나는 로스앤젤레스 도심에서 북동쪽으로 약 18킬로미터 떨어진 곳에 있는 작은 도시이다. 캠퍼스 면적은 0.5km2이다. 이 대학의 교수와 졸업생 가운데 33명이 노벨상을 수상했다. 이 대학에서 교수로 일하면서 노벨상을 수상한 대표적인 인물로 1965년 노벨 물리학상을 수상한 리처드 파인만이 있다.