系统工程思想古已有之。正如恩格斯所说：人们远在知道什么是辩证法以前，就已经在辨证的思考了。人类在改造客观世界的过程中，早已不知不觉地采用系统工程的思想方法。至今仍在灌溉田畴的都江堰水利工程就是范例。
现代科学技术对系统工程思想的发展贡献巨大。一方面，运筹学和控制论使系统工程思想成为一套具有数学理论、能进行定量处理的科学方法；另一方面，电子计算机为定量化系统工程思想的实际应用提供了强有力的计算工具，并把系统工程与信息论联结起来。这两个贡献都是在20世纪中期实现的。第二次世界大战期间，长期、复杂的战争要求参战方必须强调全局观念，合理使用局部而求得全局最佳，对拟采取的措施和反措施进行精确定量分析。这聚集了大批精英科学工作者，研究拟定与评价战争计划、改进战术与战法，从而催生了定量化的系统方法、电子计算机这一强大工具。
当取得了数学表达形式和计算工具，系统工程思想方法就从一种哲学思维发展成为专门的科学。系统工程同时又与管理科学结合在一起，管理科学是系统工程的“灵魂”。
20世纪40年代，美国贝尔实验室首次提出了“系统工程”这一名词。战后，定量化系统方法开始广泛用来分析工程、经济、政治领域的大型复杂的系统问题。冷战期间，随着20世纪60年代阿波罗工程的实施，美国航空航天局提出了最初的航天系统工程理念和理论方法体系。