שורשיה של הסתדרות ההנדסאים נטועים בימי המדינה הראשונים, כאשר טכנאים ועובדים הנדסיים פעלו בתוך הסתדרות המהנדסים. עד 1950 ייצגה ההסתדרות גם טכנאים, אך עם התרחבות המשק והגעת בעלי הכשרה לא-אקדמית עלה צורך בהגדרה מקצועית ומסלול עצמאי. באותה שנה נקבע לראשונה מנגנון תוספת שכר שנתית לעובדים טכניים – צעד ראשון בהכרה במקצוע.
בשנת 1955 הוקמו בתוך הסתדרות המהנדסים שתי חטיבות נפרדות: חטיבת המהנדסים וחטיבת הטכנאים, שחולקה לשלושה מגזרים – בניין, תעשייה ושירותים. בבחירות 1957 נרשמה השתתפות גבוהה של טכנאים, ובעקבותיה התקבלה החלטה היסטורית להקים ארגון עצמאי. ב-12 בדצמבר 1957 נערכה ועידת היסוד של הסתדרות הטכנאים, ובראשה נבחר זלמן שנקמן.
שנות ה־60 הביאו עמן שינוי מקצועי משמעותי: מוסדות כמו אורט טכניקום גבעתיים, אוניברסיטת תל אביב והטכניון פתחו מסלולים להכשרת הנדסאים. בעקבות זאת אימצה הסתדרות הטכנאים ב־1966 את המונח “הנדסאי”, ושמה שונה ל“הסתדרות ההנדסאים והטכנאים המוסמכים”. במקביל הורחבו שירותי החברים: הוקמו קרן בית הטכנאי, קרנות השתלמות, והחלה בניית הקריה ללימודי הנדסה וטכנולוגיה.
מאבק ההכרה וההגדרה המקצועית היה מרכזי לאורך השנים. חוק המהנדסים והאדריכלים מ־1958 העניק למהנדסים בלעדיות בתחומים מסוימים, אך בעקבות עבודת ועדה בראשות פרופ’ אפרים קצ’לסקי עודכנו התקנות ב־1971 כך שגם הנדסאים יוכלו לבצע פעולות הנדסיות מוגדרות. במקביל קבע נציב שירות המדינה כי הנדסאים רשאים לכהן במשרות חופפות למהנדסים, חרף התנגדויות.
משנות ה־80 התרחב הארגון מעבר להגנה על תנאי העסקה, והחל לפתח מערך שירותים רחב: קרנות גמל והשתלמות ייעודיות, פעילויות רווחה ותרבות ומועדוני צרכנות. לצד זאת קודמו עמותות ומוסדות הכשרה מקצועית מתוך הבנה כי חינוך טכנולוגי הוא בסיס לעתיד המקצוע.
שנת 2012 סימנה נקודת שיא עם חקיקת חוק ההנדסאים והטכנאים המוסמכים. החוק הסדיר לראשונה את מעמד בעלי ההסמכה, הגדיר ייחוד פעולות מקצועיות וקבע מסגרת רישוי ומשמעת. במסגרת החוק פועלת ועדה מקצועית הממליצה על רישיונות ותחומי עיסוק, מהלך שמחזק את ערך המקצוע ומגן על הציבור.
מאז ועד היום הפכה הסתדרות ההנדסאים, שהחלה כחטיבה קטנה, לגוף מוביל בעיצוב עתידם של ההנדסאים והטכנאים בישראל.