Металознавство як навчальна і наукова дисципліна (на початку її виникнення – “металографія”) була заснована в КПІ у 1910 р. на механічному факультеті у складі кафедри загальної технології металів. У 1925 р. (80 років тому) з її складу було виділено кафедру металографії та термічної обробки із завідувачем проф. Є.П.Бабичем. З1934 р. як кафедра металознавства була очолювана доц. Н.В.Пінесом.
Потужним поштовхом для подальшого розвитку металознавчого напряму підготовки в КПІ стало створення в 1944 р. металургійного факультету, до складу якого ввійшла кафедра металознавства та термічної обробки, яку упродовж 15 років очолював академік В.М.Свєчников.
У 1948 р. кафедру металознавства та термічної обробки було реорганізовано в кафедру металознавства із завідувачем В.М.Свєчниковим та виділено кафедру термічної обробки, яку очолив академік В.Н.Гріднєв. Кафедра термічної обробки з 1952 р. стала називатися кафедрою термічної обробки і фізики металів.
У 1960 р. кафедру металознавства та кафедру термічної обробки і фізики металів під керівництвом проф. В.Г.Пермякова було об’єднано в одну кафедру – термічної обробки і фізики металів, яка за даним напрямом підготовки успішно працювала до 1975 р. і була знову поділена на дві: кафедру металознавства, обладнання і технології термічної обробки металів із завідувачем проф. І.Х.Трушем (а в період 1980-1988 рр. – проф. В.Г.Горбачем), та кафедру фізики металів.
У 1988 р. кафедра набула сучасної назви “металознавства та термічної обробки”, якою у період 1988-2005 рр. керував проф. О.М.Бялік, а нині проф. В.Г.Хижняк.
На кафедрі здійснюється підготовка фахівців за спеціальністю “Металознавство”. Всього за роки існування кафедрою підготовлено біля 2,5 тис. інженерів, близько 200 бакалаврів та 20 магістрів.
Щорічно прийом на 1-й курс за держзамовленням становить 50 осіб, за контрактом – 4-6 осіб, з 2003 р. організовано навчання без відриву від виробництва, започатковано підготовку за спеціалізаціями “Менеджмент інноваційних технологій у матеріалознавстві” та “Технологічний маркетинг у матеріалознавстві”.
За високі показники в навчальній і науковій роботі по кафедрі з 2001 р. кращим студентам призначаються іменні стипендії – імені проф. А.П.Сьо¬мика та імені академіка В.І.Трефілова, визначного випускника кафедри 1952 р.
За останні роки, починаючи з 60-х, кафедрою підготовлено 5 докторів наук (серед них проф. О.В.Білоцький, М.В.Білоус, В.Ф.Лоскутов, В.Г.Хижняк, що і нині працюють на факультеті) та 36 кандидатів технічних наук із числа випускників кафедри.
Сьогодні кафедра виконує наукову роботу за тематикою “Багатокомпонентні захисні покриття” та “Управління якістю рідких металів та сплавів”. Продовжується співпраця з провідними інститутами НАН України в рамках навчально-наукової Асоціації “Матеріалознавство”, розпочато підготовку фахівців на спільному українсько-німецькому факультеті НТУУ “КПІ” та в Технічному університеті “Отто фон Геріке” (м. Магдебург).