清华大学校园基本为一个整体，位于北京市海淀区，北四环与北五环之间，东临地铁13号线，西临北大、圆明园。此外，建筑中的光华路校区（清华大学美术学院旧址，以原址换地方式及地积转移取得土地）、核研院（北京昌平）、深圳研究生院、附属医院以及少量疗养所、教工住宅位于校本部之外。
清华校园按照南门主路（学堂路）分为东区、西区。西区校园为老校区，以美式的校园布局和众多西洋风格的砖石结构历史建筑为特色。大礼堂为中心景观，图书馆（一、二、三、四期工程）、科学馆、清华学堂、同方部、西体育馆及理学院等建筑分布其间，原王府庭园工字厅、古月堂、水木清华等古建筑及朱自清先生在《荷塘月色》中描述的“荷花池”（近春园遗址）则展示了中国传统的园林风格。东区则以50年代兴建的苏式主楼为主体，以及建筑馆、明理楼、经管学院、逸夫科技馆等现代风格的建筑物。
西区老校区多为美式红砖建筑，东区多为白色的现代建筑，因此曾被一代人戏称为“红区”、“白区”，此外东北部为学生公寓区、西北部为清华附中、西南部为照澜院社区。
2010年3月，美国财经杂志《福布斯》评选出“全球最美大学校园”。入选的14个校园中，10个来自美国，3个来自欧洲，唯一上榜的亚洲院校是清华大学。福布斯认为自然环境对于校园十分重要，清华所拥有的皇家园林清华园旧址具有得天独厚的优势，紧靠颐和园，既有传统中国式景观建筑，又有传统西式建筑和现代景观建筑。
清华校园内绿化程度高，各个不同时期的建筑形成不同风格的建筑群落。截至2010年底，校园内共有乔木4.5万株、灌木20万株、竹子8.7万棵、宿根花卉4.4万株、色块27.4万株、百年以上老树240棵。校园内的树木种类达1210种，全校绿化面积135公顷，绿化程度54.8%。
清华校园内教学与生活设施完善，全校共有6座教学楼，两个阶梯教室，面积达到5.3公顷、教室276间、座位数22806个，其中第六教学楼建筑面积3.4公顷，可容纳7500余人上课；清华拥有的学生公寓面积为50公顷，共1.457万间，新建的紫荆学生公寓占地约28.6公顷，总建筑面积约37万平方米，位于校园北边偏东，紫荆学生公寓区内有c楼，提供超市、银行、邮局等服务；校园内共有19个食堂与餐厅，其中建筑面积为1.3万平方米的“紫荆园”是大陆高校较大的学生食堂，可容纳3000余人同时就餐。
清华体育氛围浓厚，校内体育设施先进且齐全。体育运动场地面积达22万平方米，有游泳馆、射击馆等专业场馆，也还有手球、沙滩排球、攀岩、排球、篮球、足球、棒球等专业的户外设施。拥有三个体育馆，分别是西区体育馆、东区体育馆、综合体育馆（又称为“曹光彪体育中心”）；拥有3个操场，分别是东大操场、西大操场、紫荆操场；游泳馆两个，分别是西区游泳池、陈明游泳馆；一个棒垒球场“北操”、一个射击馆“维学馆”。
清华大学校史上共有十次校园规划。清华位于北京西北的皇家园林（清华园和近春园）。清华建校前，近春园已经荒芜多年，并入清华园后也长达十八年的时间里并未有建设。而清华园当时有工字厅、古月堂、永恩寺等园林建筑
清华第一个校园规划与工程是由美籍奥地利人埃米尔·斐士（Emil Sigmund Fischer）负责的，设计时间约在1909年，建设时间是1909年至1911年清华开学前。斐士的规划保留的皇家园林的山水环境;拆除永恩寺、土地庙和饭房; 建设了二校门、清华学堂西部、北院、二院、三院、同方部、校医院等。建筑风格多为欧洲建筑形式，实现中西合璧。除此之外，还规划了功能分区、完整的道路系统和现代水电等服务设施。工程费用总计50万两白银，约合35万美元，建筑总面积至少21018平方米。
1914年10月，美国建筑师墨菲与小丹纳（英语：Richard Henry Dana Jr.）为清华制定第二个校园规划。在此规划中，布置两个学校：东部为八年制留美预备学校，西部为四年制综合大学。在东部，以大礼堂为中心区，并采用美国常青藤学校的方院式布局及建筑风格，规划中还准备拆除二院及同方部，以布置周边教学楼、宿舍与食堂，但均未实现；在西部，以近春园为中心，园中岛内设图书馆，湖的北侧建有4000座的礼堂，并在湖的周围设置教学楼，校门选在近春园南侧，北部为学生生活区，然而此设计也未实现。这个规划主要只建成了“四大建筑”。从此“四大建筑”象征并代表着清华大学校园建筑的主流风格。
墨菲完成的规划有：1916年清华学堂大楼向东扩建、1916-1919年建图书馆、体育馆、科学馆、1917至1920年建成大礼堂，以及大礼堂一带的布局。在工字厅前树林中，还规划了五栋别墅式住宅，二校门附近则设后勤辅助建筑。经过此规划建设后，到了1928年，除工字厅外，清华建筑面积达45500平米，校园占地约为1200余亩。
1928年，清华改制为国立大学，首任校长罗家伦委托任职于天津基泰工程公司的杨廷宝承担设计规划。1930年，清华完成第三个校园规划图，此规划将原本分成留美部与大学部的清华合并设计成一个综合性大学。在近春园部分，近春园荒岛中心上设置博物馆、环湖五栋学术建筑、校河北岸布置3栋学术建筑、校园西北角高地建气象台，并在荒岛四周采用规则半圆环状水渠与整齐对称的道路系统。在大礼堂部分，大礼堂作为学校集会中心扩增座位数，扩建图书馆、后体育馆，拆除二院、三院、同方部以新建教学楼、食堂、学生活动楼，男女生宿舍分别设置在运动场南北两端，大草坪南端建设行政楼等。然而，实际规划建成的只有“新四大建筑”：生物学馆、气象台、明斋、图书馆二期
1931年，梅贻琦就任校长后，聘请沈理源担任清华主要建筑师，沈理源设计清华许多建筑，然而并没有完整的校园规划，“有建筑而无规划”使得清华校园变得杂乱。沈理源设计了化学馆、电机工程馆、机械工程馆、航空馆、旧大饭厅、后体育馆、七栋新林院建筑、西校门、水力实验馆、静斋、善斋、扩建西院、平斋、新斋、电话机房、普吉院等。
1954年，在吴良镛指导、汪国瑜主持下，清华制定了第四个校园规划，也就是《1954—1955年校园总体规划》。此次规划最大的特色就是在蒋南翔校长主张下，把京张铁路东移800米，使得清华有个完整的校园以及广阔的东部新教学区，同时也奠定了之后半个多世纪的清华校园规模与设计方向。
第四次规划让清华形成东区、西区两种风格的校园设计。在东区，以仿照莫斯科大学主楼的清华主楼为中心，布置了十组系馆，并主要向南发展，在成府路兴建主校门，门前道路能直达西直门，形成苏联式强烈的轴线、严谨的对称。在西区，则维持原本的建筑风格。在1954至1959年之间，建成了二教、新水利馆、东和西主楼、工物馆、1-4号楼。
1960年，在吴良镛主持下，建校规划组完成清华第五次校园规划。建校规划组成员包含了建筑系城市规划教研室、建校规划组组长谢照唐、土木系教师李元哲、马晴如、井文涌以及水利系、电机系和无线电系等。此次校园总体规划也结合了本科生的毕业设计，由建筑、土木、水利、电机、无线电五个系完成了校园建筑、道路、绿化、竖向、给排水、热化、电网、弱电、河湖、测量等设计或建设。
第五次规划维持大部分第四次规划内容，包含在东区建立教学区，在主楼南北布置了8个系馆、2组公共教室、在中轴线北端设新礼堂、主校门继续规划在成府路口，并同时确定了东西向和南北向主干道路，以及东区的道路网。同时，第五次规划也提出新的设计目标，包含利用地形与原有河湖系统设计了校园三个湖泊：西南住宅区的南湖、东北学生区的东湖、荒岛为中心的西湖。然而，因为北京缺水的缘故，此计划没有完成。没有完成的规划也包含了将校园道路列入了北京市城市规划，计划将主楼前的东西主干道穿越校园，并设双行无轨电车环道，形成类似大学城的规划。在1960至1966年之间，清华建成了9003大楼、清华附中教学楼、10层高的中央主楼以及大批生活服务和基础设施。
1979年，清华制定第六个校园规划，规划最主要目标是整顿文化大革命造成的校园混乱，并做好校园功能分区，解决因学校规模扩大造成教室、实验室、学生宿舍、食堂、运动场、教师宿舍、水暖电等基础设施严重不足的困难。此时期细化了东区的路网建设，把主楼前广场由矩形改为半圆弧状道路，在主楼北边规划了400米的东操。这次规划中为了解决公共汽车站离师生生活区太远的问题，保留了校内公车站的可能与保留北京城市规划道路横穿校园的可能。
在1979至1988年期间，在教学楼部分，建成了三教、四教、五教，建筑面积20021平方米；在教师住宅部分，在校园西南部建成56栋教工多层住宅，建筑面积高达161524平方米；在学生宿舍部分，建成了15幢学生宿舍共66865平方米、留学生宿舍9600平方米，以及一批食堂和其它基础设施。东区教学楼与西区教学楼连成一片，虽然方便师生换教室，但也造成拥挤的自行车车潮与停车困难问题。
1986年，清华在校园西北、北、东南共征建设用地543亩。1988年1月完成了《清华大学1988年校园总体规划图》，第七次规划重点是校园东部和新征地，将校园分区成北边为学生生活区、西南教工生活区、东西新旧教学区、西北、东南新的住宅区。此时期的清华建成了图书馆三期和档案馆、社科楼、微电子所、能科楼、产业楼等大批新建筑，校园面积扩大到3919.8亩、校舍总建筑面积达到791928平方米。
1990年2月23日，北京市政府将清华大学早期建筑列为北京市文物保护单位。1994年，清华完成了第八个的校园规划，此校园规划是在建设世界一流大学的背景下完成的。此规划内容包含设计西区理学院群、新增科技园区、规划校园住宅区、完善校园道路、完善校园后勤设施、扩大留学生区、二附中并入清华附中统一规划等。
第八次校园规划最重要的部分是同意城市规划道路从地下横穿校园，但地上的清华路、主楼前道路改为校内道路。原本国务院通过的北京市规划是要将城市道路穿越校园，但是在校长王大中、校党委书记方惠坚与北京市政府协调下，一致同意永久地保留主楼前的南北向城市道路空间，在地上把该道路当作校内道路来规划和使用，在地下由市政管网和学校管网共同使用。
2001年6月25日，清华大学早期建筑被国务院列为第五批全国重点文物保护单位。
清华大学早期的建筑物现存有二十座，比较著名的有清华学堂、清华图书馆、体育馆、清华大礼堂、清华科学馆等。清华位于原为清代康熙时期修建的熙春园。道光二年的时候，熙春园被分为东西两园，咸丰年间将东园改名为清华园。
早期的建筑物分成三批建设：
第一期于1909年开工建设，仿制文艺复兴券柱式大门的新校门（今二校门）以及清华学堂、校医院、二院、三院等建筑。沿用了清代的工字厅、怡春院和古月堂三组传统四合院建筑，另外修建的一院（今清华学堂西半部）、二院（部分已拆）、三院（已拆）、校医院、同方部等，于1912年基本完工。一院采用德国古典建筑风格，为二层砖木结构楼房。二院为行列式平房，三院为折中式平房。
第二期则从1914年开始建设，周诒春校长委托美国建筑师墨菲拟定首个校园规划，将一院向东扩建为清华学堂，另外修建了图书馆、科学馆、体育馆（前馆）和大礼堂，这四座建筑被称为“清华学校之四大建筑”。四大建筑均采用当时美国流行的大学建筑风格，科学馆为红色砖墙，屋顶铺设石板瓦，大礼堂也是红砖外墙，入口处有大理石柱廊，图书馆室内则采用磨光花岗石装饰。1917年至1927年兴建旧甲所、旧乙所（已拆）、旧丙所、旧丁所（已拆）、南院（今照澜院）、西院（旧）、工艺馆（今旧土木馆）等。
1928年改名为国立清华大学，清华聘请设计师重新规划了校园，兴建一些建筑，例如西校门、气象台以及学生宿舍，另外还扩建了体育馆、图书馆等建筑。第三期是1930-1936年间兴建的建筑，其风格采用美国近代折衷式的校园建筑风格，特点是砖混结构，外形对称，比例端庄，立面三段式划分，利用清水砖墙面砌出线脚。
现代建筑区位于清华东部，属于白区，是1950年代京张铁路东移后的新校区，由学堂路、至善路、日新路、荷清路所围成的长方形区域。清华大部分的院系系馆、第三至第六教学楼皆位于此。现代建筑区的大部分建筑都在王大中校长任内完成，占当时的清华园所建校舍的54%，可谓跨越式发展，主要经费来源为国家拨款、社会捐赠以及银行贷款。
东区以中央主楼为中心，主楼前面有个巨大的绿色草皮，呈现十字状，绿地周边环绕四座建筑物，西侧是经管伟伦楼与法学明理楼；东侧是建筑学院与逸夫技术科学楼。主楼后面则是综合体育馆、东大操场、东区体育中心，以及罗姆楼、蒙民伟科技大楼、土木何善衡楼、工物馆等系馆。主楼的东侧则有美术学院、环境节能楼、艺术博物馆；西测则是新清华学堂、蒙民伟音乐厅以及校史馆。
历史名人故居区位于清华大学西南边，为教工生活区域，有大量住宅，具有早期四座教授住宅院：照澜院、西院、新林院以及胜因院。此区域由清华路、学堂路、成府路、清华南路围成的方形区域，许多清华著名教授都曾住在这。
老清华的住宅名称最初以东南西北为命名，分别有北院、南院、西院。之后随着校园的扩大，出现了“新南院”、“新新南院”。抗战胜利后，朱自清提议，根据谐音将旧南院改为照澜院，新南院改为“新林院”。根据陈岱孙回忆，在昆明的清华委员会为了纪念清华某些研究所曾经设在“大普吉村”，把“新新南院”正式定名为普吉院。因抗战时期西南联大曾经租借昆明的胜因寺为校舍，因此出现了“胜因院”为教授住宅院。于是在1948年，清华有北院、西院、照澜院、新林院、胜因院五座教授住宅院，以及一个职工住宅“普吉院”。
1990年代，清华扩建图书馆，北院逐渐成为教学区的孤立住宅，于是逐渐被拆除，目前仅存原为朱自清故居的北院16号，现已改建成后勤办公室。
紫荆学生公寓区位于清华东北部，由荷清路、清华校河、紫荆路围成的梯形区域，包含紫荆公寓1至23号楼、老楼31至37号楼，以及一些运动场馆。
2000年以来，学校宿舍、教室数量与品质逐渐无法满足越来越多的学生要求，开始筹划建设新学生公寓。在王大中校长的努力下，清华全额向银行贷款，整个工程动态投资14.5亿元，并于2000年12月15日开工，由同济大学建筑设计研究院负责设计，设计可容纳学生为2万2240人，其中本科1万4千人、硕士3千人、博士1240人、留学生和继续教育学员各2000人。。
学校在清华校园北的大石桥地区的预留发展用地处征地，并于2001年初开始建设“大石桥学生公寓”，后依照清华校花之一“紫荆花”更名为“紫荆学生公寓”。2002年9月，近4万平方米的一期工程建成，并迎来本科生新生入住；本科生二期工程于2003年9月前竣工；2004年，留学生、博士生、继续教育学员公寓建成。
紫荆学生公寓采用筒子楼式布局。本科生柱紫荆1至13号楼，为7层坡屋顶，平面以折线分布，内部设计为四人一间，上铺下居，插座、网络端口到桌，每两间宿舍合用一间小厅，配置电话和电视接口；研究生住平面呈“W”型的白色15层大楼，为紫荆14至17号楼，同时也是清华最高的楼层，内部设计为为一人一间，单配卫生间兼浴室；留学生居住在沿荷清路自北向南排列的6座11层板式楼，为紫荆18至23号楼。全部公寓架空2.2米作为零层，存放自行车。
此外，在紫荆学生公寓区，配置桃李园和紫荆园两个大型食堂，在留学生公寓部分还有芝兰园与玉树园两个食堂。配置紫荆公寓学生服务中心（“C楼”）提供各类社区服务、商业服务以及活动场地，配置紫荆操场，拥有足球场、篮球场、网球场等众多体育场地，东北角还有气膜馆提供桌球与羽球场地。
清华有六个普通教学楼，其中第一教学楼（一教）是1952年始建，第二教学楼（二教）是1954年始建。80年代期间，分别建设了第三教学楼（三教）、第四教学楼（四教）、第五教学楼（五教），满足了教学需求。
第六教学楼是由台湾裕元工业集团部分捐资建设的，2002年始建，2003年9月竣工，为清华建设面积最大、设施较先进的教学楼，总建筑面积3.4万平方米，超越原有五座教学楼建筑面积总和。六教拥有包括70间多媒体教室在内的近150间教学用房，分为三角形的A区、B区和扇形的C区，地下一层，地上最高为九层。较高楼层主要用于科研实验室。
除了普通教学楼，清华还有西阶梯教室、东阶梯教室、清华学堂、新水利馆、旧经管报告厅、明理楼、伟伦楼、逸夫技术科学楼、主楼后厅、建馆报告厅提供上课与自习。
清华科技园区的构想起源于1993年。为实现校园内科技成果的商业化，将大学建设成为服务社会的科技源泉，于1994年组建清华科技园发展中心，开始建设，到1998年建成起步区工程，到2005年建成拥有200家企业、69万平方米的主体园区。园区先后被科技部、教育部评为首批国家大学科技园、A类大学科技园。园区能够孵化创业企业，培育创新人才，能够将高新企业与校内科研紧密联系，将科研成果转化为实际生产力。清华科技园主园区陆续拥有同方股份、紫光股份、诚志股份等清华控股企业和谷歌中国、搜狐、微软等大型企业，此外，科技园还在广州、上海、陕西、河北、南京等十余个城市设立分园，统筹联络各地方高新科技能力。
为庆祝2011年清华百年校庆，校方建设了“百年校庆十大建筑”：
清华作为全国著名学府和近春园遗址所在地，历来参观者人流如潮，尤其是双休日和节假日更有大量高校旅游团和散客进入，造成不同程度的校园道路拥堵、学生教职工食堂被挤占、干扰学校秩序等情况。
根据《清华大学校园参观管理暂行办法》，规定：
实际运行中，一般只在西门等处在行人数量较大时进行证件检查，其他地点或其他时间仅阻挡无预约团队旅游者。
寒假、暑假、黄金周期间，紫荆志愿者支队组织学生志愿者在各校门、重要景点设置询问台，并可陪伴参观讲解。学校提供环形运行校园交通车，西门处也有较为正规的自行车租借服务，但西门、东门处仍长期存在“校园游”拉客黑车。
1999年4月起，清华大学设立校园交通车，从西门绕学校环形运行。车辆行驶路线固定，允许招手即停和随时下车。会根据乘客身份是校园师生或校外游客收取不同的车资。
