Історія кафедри розпочинається з вересня 1885 року, коли відбулося відкриття Харківського практичного технологічного інституту. У початковий період існування інституту читалася дисципліна «Опір матеріалів та побудова машин». У 1894 р. вперше було введено читання окремого курсу «Деталі машин», який викладав організатор і перший директор інституту професор Віктор Львович Кирпичов (1845-1913 р.). Він є основоположником деталей машин як самостійної науки і йому належить перший вітчизняний підручник з деталей машин.
З 1902 р. курс «Деталі машин і споруди» став читати професор В. Е. Тир, який мав великий стаж практичної роботи (технолог служби тяги на залізниці, майстер залізничних майстерень, інженер доменного цеху в Єкатеринославі, головний механік Саратовського металургійного заводу). Естафета розвитку найважливіших для країни практичних наукових напрямів була підхоплена завідувачем кафедри «Деталі машин» професором Борисом Петровичем Дашкевичем, ім’я якого і наукові досягнення включені в «Енциклопедію сучасної України».
Наукові дослідження працездатності підшипників ковзання на кафедрі продовжив доцент Степан Кузьмич Дьяченко, який став у 1950 році завідувачем кафедри «Деталі машин».
Подальший розвиток кафедри пов’язаний з професором Миколою Федоровичем Киркачом, який очолив кафедру «Деталі машин» з 1968 р. З 1962 по 1978 рік Н. Ф. Киркач − проректор з навчальної роботи, а з 1978 по 1990 рік − ректор ХПІ. Видатний вчений, талановитий педагог і організатор, він все своє життя присвятив підготовці висококваліфікованих інженерів, перетворенню ХПІ у провідний інженерний вищий навчальний заклад країни. З 1990 по 2013 рр. кафедрою завідував відомий фахівець в галузі машинознавства доктор технічних наук професор Гапонов В.С.
У 1985 році кафедри деталей машин і технічної механіки було об’єднано у кафедру «Деталі машин та прикладна механіка». До складу об’єднаної кафедри увійшли досвідчені викладачі, кандидати технічних наук, доценти: Галета В.О., Дьяков В.І., Квитницький Е.І., Музикін Ю.Д., Підченко З.П., Руссо А.Э., старші викладачі: Котляр Ю.А., Григан О.А., учбово-допоміжні робітники: Квитка Г.Я. і Мизь І.М., які разом зі співробітниками базової кафедри професорами: Киркачем М.Ф., Гапоновим В.С., Баласаняном Р.А., Загребельним В.М., доцентами: Рудницьким В.І., Тодоровим А.Д., Гончаровим І.П., Руденко М.П., Гриднєвою І.А., Столбовим А.С., Ткаченко В.М., Мац В.І., Курмазом Л.В., Калініним П.М., Гайдамакою А.В., Чернишовим В.Л., Остапчуком Ю.О., старшими викладачами: Запорожченко Р.М., Французовим В.І., Жереженом-Зайченко Ю.В., завідуючим лабораторією Наумовым О.І. і навчально-допоміжними робітниками: Климкіною Л.С., Елістратовою Т.М., Роженко Н.Ф. зуміли створити лабораторну базу і організувати високоякісну підготовку студентів університету.
Під керівництвом Б.П. Дашкевича, С.К. Дьяченко, М.Ф. Киркача колектив кафедри систематично поповнювався здібною, энергічною молоддю з числа випусників інституту. Успішно захистили кандидатські дисертації: Кудрявцев Г.П., Гриднєва И.А., Полтавський Ю.Д., Ревво Л.Д., Приходько О.Б., Руденко М.П., Іванов В.Н., Богатирьова З.В., Квитницький Е.И., Столбовой А.С., Музикін Ю.Д., Прошина Н.А., Воскресенський В.А., Дьяков В.І., Данильцев В.Д., Антонов А.І., Гапонов В.С., Курмаз Л.В., Мац В.І., Калінін П.М., Рогачевський В.М., Евменкін В. І., Опанасенко Н.Р., Панов С.Л., Кузнецов А.П. Значний вклад в роботу з аспірантами та викладачами кафедри вніс доцент Віктор Іванович Рудницький. Серед його учнів – Загребельний В.М., Ткаченко В.М., Вишник В.П., Битюцький В.І., Мухамметсадиков М., Парпіев М., Білоусов М.В.
Докторскі дисертації захистили Віталій Лукич Устиненко, Олег Борисович Приходько, Володимир Степанович Гапонов, Анатолій Володимирович Гайдамака.
У 2017 році до кафедри «Деталі машин і прикладна механіка» приєднано кафедру «Гідропневмоавтоматика та гідропривод». Нова кафедра отримала назву «Деталі машин та мехатронних систем».
Першим виконуючим обов’язки завідувача кафедри «Гідропневмоавтоматика та гідропривод» (ГПА) у 1977 р. був доцент, кандидат технічних наук П.І. Алешко. Ініціаторами підготовки фахівців у галузі гідропневмоавтоматики і гідроприводу в нашому навчальному закладі були професори Р.Е. Ламарка і Д.Я. Алексапольський. У відповідності з навчальним планом кафедра ГПА читала 13 дисциплін.
З 1981 по 2016 рік кафедру очолював професор, кандидат технічних наук П.М. Гладкий. З цього ж року кафедра стала вести підготовку інженерів за спеціалізацією «Системи гідропневмоприводів автоматичних маніпуляторів».
Лабораторії кафедри комплектуються вітчизняною та зарубіжною гідропневмоаппаратурою, насамперед це гідравлічний стенд для дослідження елементів гідроприводу з робочим тиском до 6,3 МПа, гідравлічні стенди низького і високого тиску, пневматичні стенди ПУЛС та інші.
Навчальні плани зазнають змін у зв’язку з інтенсивним розвитком народногосподарських галузей і підвищеними вимогами до майбутніх спеціалістів в області гідропневмоприводобудування. Це відбилося і на назві спеціальності (12.11 – «Гідравлічні машини, гідроприводи та гідропневмоавтоматика») і фахівців, що випускаються, які вирішують широкий спектр завдань в області створення, досліджень та експлуатації гідравлічних машин, пристроїв і систем гідропневмоавтоматики та гідроприводу. Через кілька років, у зв’язку з розвитком медицини і підвищеною увагою держави до якості медичного обладнання, кафедра відкриває нову спеціалізацію “Гідропневмообладнення в медичній техніці”, що здійснює підготовку фахівців, які знаються на конструюванні, функціонуванні та експлуатації медичних приладів і апаратів.
У зв’язку з постійною модернізацією лабораторної бази в 2007 р. вводиться в експлуатацію навчальний пневматичний стенд фірми «FESTO», яка є одним зі світових лідерів з виробництва гідропневмообладнання.
Велика увага приділяється встановленню і розвитку міжнародних зв’язків шляхом підготовки іноземних громадян. За час існування кафедри «Гідропневмоавтоматика та гідропривод» були підготовлені фахівці для Куби, Болгарії, Польщі, Угорщини, В’єтнаму, Лівії, Лівану, Йорданії, а також фахівці вищої кваліфікації, кандидати тех-нічних наук: Дзехдзяк Станіслав (Польща), Абул салам Фітура (Лівія), Таха Джебраіл (Сирія), Адель Сотаро (Йорданія), Джомо Елаіді (ОАЕ), Тайсір Мохамад Нур Фахре-ддин (Ліван).
Докторські дисертації захистили Павло Миколайович Андренко та Геннадій Ана-толійович Крутіков.
Більше тридцяти років існують наукові та навчально-методичні зв’язки кафедри з університетами міст: Мишкольца (Угорщина), Кільце (Польща), Магдебурга, Аахена і Штутгарта (Німеччина). Провідні викладачі кафедри на запрошення своїх колег читали лекції в університетах Угорщини, Польщі, Німеччини. Кафедра є однією із засновників Відділення механіки і машинобудування Академії Наук Вищої школи України.
Відповідно до наказу № 124 ОД від 17.03.2021 року кафедра отримала назву “Деталі машин та гідропневмосистеми”.
На кафедрі «Деталі машин та гідропневмосистеми» працюють 16 співробітників: 4 професора і 4 доцента (серед яких 2 доктора технічних наук і 4 кандидата технічних наук), 1 ст. викладач та 7 співробітників навчально-допоміжного персоналу.