清華附小的前身是“成志學校”。成立于1915年，專為清華教職員工子弟求學而設，清華大學馮友蘭、朱自清、葉企孫、馬約翰、潘光旦等著名教授都曾在成志學校先后被委任校董事會成員。諾貝爾物理學獎獲得者楊振寧博士曾在這里學習過。

1952年8月，成志學校中學部和小學部分離，成志學校小學部則更名為清華大學附設小學。1960年，正式更名為清華大學附屬小學。

2011年6月，學校開始了抗震加固工程，并以抗震加固為契機，進行了校園文化建設。如今它已經成為一座有著七大建筑、十二大景觀的雅靜、溫潤的書香校園，并在2012年獲得“海淀區小學校園環境先進校”的榮譽稱號。

竇桂梅校長帶領全體教師制訂了《清華附小辦學行動綱領》。《綱領》診斷學校現狀，引導全體師生的行為，構建學校提升空間，為學校各方面工作的發展提供指導。

2013年5月22日，清華附小召開的“1+X課程”體系建構與實施階段匯報會為例，教育部、清華大學等部分高校、中國教育科學研究院、北京市教委、北京市教科院、海淀區政府的專家、領導，以及來自全國部分省市、北京市部分區縣的領導和骨干教師，近千人參加了本次會議。出席會議的全國人大委員陶西平、教育部基礎教育司王定華司長、申繼亮副司長、著名教育專家朱小蔓等盛贊清華附小具有清華大學的氣質和追求，一致認為 “1+X課程”從學校的生源、歷史出發，把一個國家的宏觀課程框架具體化，變成可以施工的藍圖，將自上而下的改革和自下而上的改革結合起來，找到了課程改革的關鍵路徑——課程整合。課程改革方向正確、理念先進、框架合理、試驗效果實在、生命力強大，真正適應和符合教育規律，抓住了小學教育特質。他們同時肯定“1+X課程”把握了減負增效的實質，緊緊抓住了課程改革的關鍵，是基礎教育一線一場極具意義的微創新，正是這一系列的微創新組成了偉大的教育領域的改革。