Кафедру створено 2 серпня 2011 року за ініціативи президента Національної академії наук України академіка Патона Б.Є. та ректора Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут» академіка НАН України Згуровського М.З. Очолює кафедру академік НАН України, доктор технiчних наук, професор, лауреат Державної премії України в галузі науки та техніки та міжнародних наукових премій Халатов Артем Артемович.
З самого початку заснування кафедри, її методистом є Варвара Сергіївна Ткач
В 2014/2015 навчальному році кафедра вперше випустила бакалаврів за спеціальністю “прикладна фізика”, які спеціалізуються в галузі фізики енергетичних систем.
В 2016/2017 навчальному році кафедра вперше випустила магістрів за спеціальністю “105 Прикладна фізика та наноматеріали”, які спеціалізуються в галузі фізики енергетичних систем.
В 2017/2018 навчальному році кафедра розпочала підготовку докторів філософії (PhD) за спеціальністю “105 Прикладна фізика та наноматеріали”. Перший аспіран кафедри за цією спеціальністю – Мулярчук Марія.
19 лютого відбулась зустріч завідувача кафедрою фізики енергетичних систем академіка Халатова Артема Артемовича з школярами в рамках “Дня відкритих дверей” з відкритою лекцією “