В период организации (1930-1931 гг.) Харьковского автомобильно-дорожного института было создано 10 кафедр, среди которых была кафедра автомобилей и двигателей, первым заведующим которой был назначен проф. А.И. Воейков. В течение 1934-1936 гг. Была создана лаборатория двигателей внутреннего сгорания.
В 1952-1953 учебном году кафедра двигателей внутреннего сгорания и кафедра автомобилей были вновь объединены.
Во второй раз кафедра ДВС стала самостоятельным учебно-научным подразделением в 1967. Ее ядро составляли преимущественно выпускники Харьковского политехнического института (ХПИ), доценты О.Г. Тыричев, А.Р. Сухоруков, М.И. Конотоп, М.М. Гиршберг, ассистенты Л.Г. Гончар, А.М. Леляков, В.А. Маныч. Заведующим лабораторией был назначен В.И. Соколов, лаборантом - М.Я. Жданов, ст. препаратором - А.С. Васильченко.
С момента выделения кафедры ДВС в 1945 году в самостоятельное подразделение из состава кафедры автомобилей и двигателей и до 1951 г. её возглавлял профессор Виктор Александрович Константинов. В дальнейшем заведующими кафедры были: доцент Александр Родионович Сухоруков (1951-1952 гг.), доцент Александр Григорьевич Тыричев (1967-1973 гг.), доцент Юрий Зиновьевич Кире (1973-1977 гг.), доцент Игорь Николаевич Белинский (1981-1986 гг.).
В период с 1978 по 1981 и с 1987 по 2003 гг. заведовал кафедрой профессор И.И. Тимченко, который был награжден медалями «За трудовую доблесть» и «Ветеран труда», нагрудными знаками «Отличник высшей школы СССР», «Отличник образования Украины» и почетным знаком ХНАДУ «За выдающиеся заслуги перед коллективом университета» всех трех степеней.
С 2003 по 2019 гг. кафедру возглавлял доктор технических наук, профессор Федор Иванович Абрамчук.
За это время определились следующие направления научных работ кафедры:
- научные основы конвертации дизельных и бензиновых двигателей в газовые;
- теоретические основы создания топливных систем с электронным управлением для высокооборотных дизелей;
- практические основы создания пневматического двигателя комбинированной силовой установки для экологически чистого автомобиля.
По этим тематикам защищены семь кандидатских и две докторские диссертации.
С 2019 заведующим кафедрой является профессор Андрей Алексеевич Прохоренко.
Материальная база кафедры включает: моторный зал дизельных и бензиновых двигателей, лабораторию газовых двигателей, компьютерный класс, две специализированные аудиторії, испытательный стенд быстроходного автомобильного дизеля, лабораторию теплотехнических измерений, класс курсового и дипломного проектирования.
Сегодня кафедра двигателей внутреннего сгорания – это высококвалифицированный, ответственный, нацеленный на решение первоочередных задач коллектив.