清華附小的前身是「成志學校」。成立於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後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裡學習過。
1937年抗日戰爭爆發，清華大學被迫南遷，成志學校隨之南遷，在西南聯大度過了艱苦的歲月。1946年秋，清華大學由昆明遷回清華園內，1946年12月12日成志學校復校開學。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。2002年，學校提出了「立人為本、成志於學」的校訓，確定了「為聰慧與高尚的人生奠基」的辦學理念。在教學改革方面，推廣全國著名特級教師、時任學校副校長竇桂梅提出為生命奠基的教學理念，並提倡「三個超越」：即學好教材、超越教材；立足課堂、超越課堂；尊重教師、超越教師。在一代又一代校長老師的共同努力下，附小得到了長足發展。2010年11月，竇桂梅擔任清華附小校長，黨總支書記。清華附小步入全面開放、快速發展時期，學校逐步邁向卓越。2011年6月，學校開始了抗震加固工程，並以抗震加固為契機，進行了校園文化建設。如今它已經成為一座有著七大建築、十二大景觀的雅靜、溫潤的書香校園，並在2012年獲得「海澱區小學校園環境先進校」的榮譽稱號。2011年，清華附小首次走出清華園，走進CBD與朝陽區合作辦學，成立了清華附小商務中心區實驗小學。2013年，清華附小與昌平區合作，成立了清華附小昌平分校。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。在校長竇桂梅的引領下，學校初步建立了師德高、教藝精、底蘊厚、發展快的研究型教師團隊。在整個團隊的努力下，學校正進行「1+X課程」育人模式的構建與實施，開創了學校課程建設的新時期。先後獲得「北京市課程教材改革一等獎」，「國家基礎教育課程教材改革試驗項目學校」，北京市教育科研先進學校，北京市基礎教育教學成果一等獎，北京市教育科學研究優秀成果二等獎，海澱區科研先進校，「海澱區小學課程建設先進校」。
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、海澱區政府的專家、領導，以及來自全國部分省市、北京市部分區縣的領導和骨幹教師，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讚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。
學校擁有強大的教師科研學術引領隊伍。現任校長兼黨總支書記竇桂梅，是全國著名語文特級教師，其教學思想在學術界有一定影響。經過多年的發展與積累，我校已擁有一批年富力強的中青年學術骨幹，形成了一支知識、年齡結構合理，學歷水平高，有著較強創新能力的師資隊伍。
在多名特級教師引領下，一大批市、區級學科帶頭人和骨幹教師，以其學術深度和人格魅力，活躍在教育教學和管理工作的崗位上。形成了師德高尚、業務精良、充滿活力、勇於奉獻的學習型教師團隊。依靠這支優秀的教師隊伍，我校教育教學質量穩步提高，成為了學校可持續發展的堅實基礎。另外學校有機器人社團、小牛頓實驗等近60種豐富的學生社團，更好地落實了「全面發展、學有所長、持續提高」的辦學方針。學校的「英語一條龍」、「附小語文質量目標體系」、「數學思維訓練」等校本課程，以及民族吹打樂團等各種社團活動在全國，以及世界很有影響。
附小現在的校園主體建築已被命名為：
啟程樓、知行樓、修遠樓、華韻樓、博雅樓、丁香書苑、聯盛館。
啟程樓：一二年級上課的地點，此樓一共兩層，樣式也很別致，迎合了低年級學生的口味。學校想讓低年級的小朋友在這裡揚帆起航，這就是這樓名字的來歷。
知行樓： 三四年級上課的地點，共三層，當低年級的學生成為中年級的學生時，學校的老師們希望他們能做到言出必行，「知行」這個名字由此而來。
修遠樓： 五六年級上課的地點。名字意為路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索。
華韻樓：音樂課的上課地點，裡面還有音樂辦公室。
丁香書苑：集辦公室、圖書館、美術教室、科學教室的組合樓層，與博雅樓相連。
博雅樓：教師辦公室。
聯盛館：健美操教室。一般大型活動都在聯盛館舉行。
榮獲「海澱區教育科研先進學校」榮譽稱號
榮獲主題建言榮獲2013年「雛鷹建言行動」創新組織獎
金帆民樂團在北京市學生藝術節中榮獲演一等獎
榮獲2012-2013學年海澱區中小學生藝術節優秀組織獎
在第十六屆學生藝術節榮獲舞蹈展演一等獎
在計算機知識技能與紙飛機競賽中獲「優秀組織獎」
榮獲「2013年寒假徵文活動先進學校」榮譽證書
在「第二屆北京閱讀季青少年快樂閱讀系列活動」中榮獲組織獎
在「金鵬科技論壇」中榮獲優秀組織獎榮譽證書