Türk eğitim tarihinde modern anlamda ilk defa kurulan bu mektebin açılmasında 1768'de başlayan Rus savaşında Osmanlı ordusunun teknik açıdan sergilediği zafiyetin rolü büyüktür. Savaş sırasında topçuluğun çağdaş hale getirilmesi çalışmaları önem kazanmış ve bu arada bir yıl kadar hizmet veren bir topçu mektebi açılmıştır (1772). Ancak bunun savaşın seyri üzerinde etkisi görülmemiştir. 1770'te Ruslar'ın Osmanlı donanmasını Çeşme'de yakmasından sonra donanmanın yeniden yapılanması girişimleri de kalıcı ve semereli olmamıştır. Eğitilmiş kadrolara duyulan ihtiyaç bir deniz mühendishanesi açılmasını kaçınılmaz kılmıştı. Okulun açılış tarihi 1773 olarak kabul edilmekle beraber Venedik elçiliği diplomatlarından G. Toderini'nin belirttiği bu tarih yanıltıcıdır. Baron de Tott'un hatıratında konuyla ilgili anlatımının tahlili neticesinde bunun doğru olamayacağı ortaya çıkartılmış bulunmaktadır. Mühendishâne-yi Bahrî-yi Hümâyun'un açılışı Fransız arşiv belgelerine göre 29 Nisan 1775 tarihindedir. İlk hocalarından Cezayirli Seyyid Hasan Paşa da yazdığı bir risalenin önsözünde bu hususu teyit etmekte ve açılışın I. Abdülhamid zamanında ve Sadrazam Derviş Mehmed Paşa'nın üçüncü sadareti döneminde gerçekleştiğini (1775) belirtmektedir. Hatta az sayıdaki talebeyi gayrete getirmek amacıyla 15 Temmuz'da onlara birer nişan verildiği tespit edilmiştir.
Fransızca kaynaklarda "Ecole de Théorie" veya "Ecol de Mathématiques", Türkçe kaynaklarda "Hendesehane" veya "Hendese Odası" olarak geçen ve Tersane'de gemilerin çekildiği boş bir hangarda (çeşm/göz) açılan okul, içlerinde ileri yaşlarda olanların da bulunduğu az sayıda talebe ile eğitime başladı. Baron de Tott'un imtihandan geçirerek seçtiği ilk adaylar genelde başlangıç seviyesindeki riyaziye bilgisine sahip eski kaptanlardan, bunların veya yüksek rütbeli memur çocuklarından oluşuyordu. Gerekli bazı kitaplar ve aletler Paris'ten getirtildi.
İlk aylarında Fransız hocalar tarafından matematik ağırlıklı bir eğitim verilmekte olan okulda kısa süre sonra devletin eğitilmiş denizcilere duyduğu ihtiyaçtan dolayı ve Cezayirli Gazi Hasan Paşa'nın da isteğiyle ders müfredatında deniz mühendisliği, hendese ve coğrafya bilimlerine ağırlık verilecek şekilde değişiklik yapıldı. 1776 yılı başlarında okulun nizamnamesi hazırlanarak yürürlüğe konuldu. Bir hoca ve yardımcısıyla bir alet muhafızından oluşan üç kişilik maaşlı bir kadro tahsis edilen okula on talebe kaydedildi. Ayrıca tersane kâtiplerinden ve diğer hevesli kimselerden elliye yakın kişi bu dersleri dışarıdan takip etmiştir.
Mektebin ilk hocası olan ve Cezayirli Seyyid Hasan Paşa, Rus savaşı sebebiyle okuldan kaptan olarak ayrıldı, Kılburun deniz muharebesi yenilgisinden sorumlu bulunarak idam edildi (1787). Okulun diğer hocaları devrin riyaziyecilerinden Seyyid Osman, Gelenbevî İsmâil, Palabıyık Mehmed, Ali Bahar ve Mehmed Sâlih efendilerdir.
1781 yılında Mühendishâne-yi Tersâne-yi Âmire adıyla anılmaya başlanan Hendesehane, Halil Hamîd Paşa'nın sadareti zamanında (1784) yeniden düzenlendi. Yer darlığı sorununa çözüm olarak Tersane Zindanı yanında üç ambarlı kalyonların yapıldığı mahal civarında 189 m² alana iki katlı yeni bir bina inşa edildi. Ders programları da yeniden ele alındı. Eğitim kadrosu Fransa'dan getirtilen Lafitte-Clavé ve Monnier gibi mühendislerle takviye edildi. Böylece buradaki istihkâm, tâbiye ve hendese dersleriyle 1795 yılında açılacak olan Mühendishâne-yi Berrî-yi Hümâyun'un ilk adımları da atılmış oldu. Bu subaylar dersler dışında harita çıkartma, müstahkem mevkilerin takviyesi ve diğer askerî sahalarda da teknik hizmet veriyorlardı. Hendese ağırlıklı dersleri Gelenbevî ve Kasabbaşızâde verdi. Fransız mühendislerinin dersleri ise Ermeni tercüman Miran tarafından Türkçe'ye aktarılmaktaydı. Okulun nazırlığına Defterdar Mustafa Reşid Efendi getirildi.
Fransız mühendis ve subayları 1787-1788 Osmanlı/Rus-Avusturya Savaşı sebebiyle Fransa'ya geri çağrıldılar. Gelenbevî'nin vefatı ve yerine tayin edilen Palabıyık Mehmed Efendi'nin iki yıl sonra ayrılması gibi sebeplerle eğitim kadrosu ciddi anlamda zayıfladı. Yaşanan tecrübelerle, savaş sonrasında Tersane'de olan Mühendishane gibi Humbaracı ve Lağımcı ocakları efradının eğitimiyle görevli olmakla beraber Harp Okulu olarak hizmet verecek yeni bir mühendishanenin kurulması kaçınılmaz hale geldi. Neticede burası Mühendishâne-yi Berrî-yi Hümâyun adını aldı (1795).
Avusturya ve Rusya ile imzalanan 1791-1792 Ziştovi ve Yaş antlaşmalarından sonra bilhassa serhat kalelerinin takviyesi, istihkâmların Avrupa tarzında elden geçirilmesi ihtiyacı belirdiğinden, çağdaş plan ve donanımdaki kalelere dair bir bilim dalı olan "kılâ' hendesesi" önem kazandı. Diğer yandan Avrupa'da imal edilenler gibi gemilerden müteşekkil modern bir donanma inşasına da öncelik verildi. Bunun için 1793 yılında, gemi yapımı sahasında hizmet verecek ve usta mimar mühendisler yetiştirilmesine katkı sağlayacak başta Jacques Balthasard le Brun olmak üzere bazı Fransız mühendisler hizmete alındı. Böylece Brun'ün katkılarıyla Tersâne-yi Âmire mühendishanesi bünyesinde gemi inşası kısmı kuruldu. İleride hoca ve gemi yapım mühendisi olarak hizmet verecek olan Büyük Seyyid Mustafa ve Ahmed Hoca onun tarafından yetiştirilmiştir. Bu sayede yabancı mühendislerin olmadığı zamanlarda işlerin yürütülmesi bir dereceye kadar temin edilmiştir. Nitekim Brun, Fransa'nın Mısır'a saldırması üzerine (Temmuz 1798) memleketine dönmek zorunda kalmıştır. Diğer Fransız mühendis Benoît gemi inşası derslerine devam etmiştir. Brun'un yeniden yapılandırdığı Mühendishâne-yi Bahrî'deki eğitimin ikinci önemli dalı olan harita ve coğrafya fenni dersini Seyyid Osman Efendi ve Ahmed Hoca sürdürdü. Derslerin tatbikî kısmı Fransız mühendis Parale tarafından verildi. Bu arada donanmadaki hoca, reis ve hizmetlilerin çocuklarından oluşan yirmi kişilik bir talebe grubu eğitime alındı. Parale'in de memleketine dönmek zorunda kalmasıyla bu talebeler gemilerdeki uygulamalı derslere katıldılar. 1797 yılında Mühendishâne-yi Bahrî'deki dersler dört ana grup halinde tanzim edildi: Harita ve coğrafya, seyrüsefâin, gemi inşası, istihkâm ve kılâ' hendesesi. Nihayet 1797'de kalyon inşası ve derya fenleri Mühendishâne-yi Bahrî'ye, istihkâm ve hendese üzere kale inşası ve kara askerliğiyle ilgili savaş bilimlerinin öğretimi Mühendishâne-yi Berrî'ye tahsis edilerek iki mühendishanenin eğitimi ve hoca kadrosu birbirinden ayrıldı.
Hocalarının maaş durumundaki yetersizlik yüzünden Mühendishâne-yi Bahrî'deki eğitimin durma noktasına geldiği ve özellikle Nizâm-ı Cedit devri sonrası (1807) başlayan yeni dönemde tamamen ihmal edildiği görülmektedir. "Mühendis lazım değildir" diyerek Mühendishâne-yi Berrî'de bazı hocaların işten çıkarıldığı bu dönemde, Mühendishâne-yi Bahrî hocaları da zor günler geçirdi.
Durumu aksettiren resmî kayıtlara göre geçim sıkıntısı çeken hoca ve talebelerden bazıları vazifeden ayrılarak başka iş tutmak zorunda kaldılar. Koca Hüsrev Paşa'nın ikinci kaptanıderyalığı esnasında kaleme aldığı 1824 tarihli bir raporda bu duruma son verilerek eğitimin tekrar istenilen düzeye getirilmesi açıkça dile getirilmiştir. Kurumda geniş çaplı bir düzenlemeye gidilmesi, mevcut hoca ve talebelerin malî durumunun iyileştirilmesi ve dolayısıyla başka işlerle uğraşmalarının önlenmesi, daha yüksek maaş verilen Mühendishâne-yi Berrî'ye geçme çabalarına engel olunması adına öncelikle maaşlarının yükseltilmesi hususu Koca Hüsrev Paşa'nın daha ilk kaptanlığı sırasında (1811-1818) gündeme getirilmiştir. Ancak onun bu teklifi tasvip edilmiş olmakla beraber yapılacak zamların nereden karşılanacağı bilinemediğinden bir sonuç çıkmadı. Raporda ayrıca eğitim kadrolarının düzenlenmesi gündeme getirilmişti. Başhoca Gelenbevîzâde Mehmed Emin Efendi'nin maaşının azlığı ve rahatsızlığı sebebiyle okula her gün gelemediği, Başhalife Halil Efendi'nin de onun mevkiini üstlenecek yetenekte olmaması üzerine Mühendishâne-yi Berrî'nin ikinci hocası olan, hendesede maharetiyle dikkati çeken ve Fransızca bilen Mehmed Rûhuddin Efendi tayin edildi.
Yeniçeri Ocağı'nın ilgasından sonra askerî kurumların yeniden yapılandırılması aşamasında Mühendishâne-yi Bahrî-yi Hümâyun 1830'da Heybeliada'ya nakledildi. 1838'de Tersane'de Paşa Konağı'nın bulunduğu tepe üzerine inşa edilen bir binaya taşındı. Bu dönemde de kayıtlı kırk talebesi bulunuyordu. Okul 1846'da kalıcı olarak tekrar Heybeliada'ya taşındı. Mühendishâne-yi Bahrî bugünkü Deniz Harp Okulu'nun nüvesini teşkil etmektedir (bk. Deniz Harp Okulu).
