המחלקה להנדסה ביו-רפואית נוסדה ב-1993 לאחר 20 שנות פעילות מוצלחת בהוראה ובמחקר במסגרות שונות בפקולטה להנדסה. הוראה ומחקר במחלקה מדגישים את האופי הרב-תחומי של הנדסה ביו-רפואית. תחומי המחקר במחלקה כוללים ניתוח הנדסי של מערכות ביולוגיות, עיבוד אותות ותמונות רפואיות, אופטיקה ולייזרים ברפואה, הנדסת חומרים רפואיים, הנדסת תאים ורקמות, ביומכאניקה וביוזרימה.
הנדסה ביו-רפואית היא תחום של הנדסה. בתחום זה מפתחים שיטות הנדסיות ומיישמים שיטות קיימות במחקר ביולוגי ורפואי. חלק מהמחקר הוא מחקר בסיסי שמטרתו לפתח הבנה טובה יותר של מערכות ביולוגיות. חלקו האחר של המחקר הוא יישומי שמטרתו לקדם ולשפר את הטיפול הרפואי על ידי יישות של המחקר הבסיסי או על ידי יישום טכנולוגיות מתחומי ההנדסה האחרים. ההנדסה הביו-רפואית, באוניברסיטאות בארץ ובעולם, צמחה מתוך תחומי ההנדסה המסורתיים, התפתחה והפכה לתחום עצמאי העומד בפני עצמו. אוניברסיטת תל-אביב מהווה מוקד אופטימלי למחקר והוראה בתחום ההנדסה הביו-רפואית. בקמפוס מצויות הפקולטות להנדסה, מדעים מדויקים, רפואה ומדעי החיים המקיימות פעילות מדעית ברמה גבוהה. באזור, מספר רב של מרכזים רפואיים המקיימים קשרי מחקר עם האוניברסיטה, וכן מספר רב של חברות תעשייתיות בתחום ממוקמות באזור המרכז.
העוסקים בתחום ההנדסה הביו-רפואית הם מהנדסים שרכשו תחילה ידע בתחומי ההנדסה השונים כמו הנדסת חשמל והנדסת מכונות, והרחיבו את הידע ההנדסי שלהם אל תחומי הביולוגיה והרפואה. הלימודים לתואר "מהנדס ביו-רפואי" כוללים ראשית בסיס מוצק בתחומי המתמטיקה והפיסיקה כמו בכל תחום אחר של הנדסה. בהמשך מרחיבים התלמידים את בסיס הידע שלהם בכימיה, ביולוגיה ופיסיולוגיה. לאחר שהתגבש בסיס הידע מגיעים קורסים בהנדסה ביו-רפואית בתחומים כמו בקרה של מערכות פיסיולוגיות, הנדסת תאים וחומרים, מדידות וטכנולוגיות רפואיות, עיבוד תמונות רפואיות ועוד. בשנה ג' ניתנת לתלמיד אפשרות לבחור מסלול בו יעמיק על מנת ליצור זהות מקצועית ברורה בתוך התחום הרחב מאד של הנדסה ביו-רפואית. בשנה ד' התלמיד עובד על פרויקט גמר בהנחייה של חוקרי המחלקה או בשיתוף עם חברה מהתעשיית ההנדסה הביו-רפואית.
תכנית לימודי ההמשך במחלקה להנדסה ביו-רפואית באוניברסיטת תל-אביב כוללת תכניות לתואר שני (M.Sc.) ולתואר שלישי (Ph.D.) בארבעה תחומי לימוד עיקריים: ביו-חומרים, הנדסת תאים ורקמות, ניתוח של מערכות פיסיולוגיות, ביו-אלקטרוניקה וביו-אופטיקה. המחלקה מציעה שני מסלולי לימוד לתואר שני: עם עבודת גמר (תזה) וללא עבודת גמר.
המחלקה פתוחה גם לבוגרי הפקולטות שאינן הנדסיות כגון: מדעים מדויקים ורפואה ומדעי החיים, הנדרשים להשלים קורסים בתחומי ההנדסה הביו-רפואית ובתחום מדעי החיים - על פי הרקע של התלמיד ועל פי מסלול לימודיו.
