清华附小的前身是“成志学校”。成立于1915年，专为清华教职员工子弟求学而设，清华大学冯友兰、朱自清、叶企孙、马约翰、潘光旦等著名教授都曾在成志学校先后被委任校董事会成员。诺贝尔物理学奖获得者杨振宁博士曾在这里学习过。

1952年8月，成志学校中学部和小学部分离，成志学校小学部则更名为清华大学附设小学。1960年，正式更名为千亿球友会。

2011年6月，学校开始了抗震加固工程，并以抗震加固为契机，进行了校园文化建设。如今它已经成为一座有着七大建筑、十二大景观的雅静、温润的书香校园，并在2012年获得“海淀区小学校园环境先进校”的荣誉称号。

窦桂梅校长带领全体教师制订了《清华附小办学行动纲领》。《纲领》诊断学校现状，引导全体师生的行为，构建学校提升空间，为学校各方面工作的发展提供指导。

2013年5月22日，清华附小召开的“1+X课程”体系建构与实施阶段汇报会为例，教育部、清华大学等部分高校、中国教育科学研究院、北京市教委、北京市教科院、海淀区政府的专家、领导，以及来自全国部分省市、北京市部分区县的领导和骨干教师，近千人参加了本次会议。出席会议的全国人大委员陶西平、教育部基础教育司王定华司长、申继亮副司长、著名教育专家朱小蔓等盛赞清华附小具有清华大学的气质和追求，一致认为 “1+X课程”从学校的生源、历史出发，把一个国家的宏观课程框架具体化，变成可以施工的蓝图，将自上而下的改革和自下而上的改革结合起来，找到了课程改革的关键路径——课程整合。课程改革方向正确、理念先进、框架合理、试验效果实在、生命力强大，真正适应和符合教育规律，抓住了小学教育特质。他们同时肯定“1+X课程”把握了减负增效的实质，紧紧抓住了课程改革的关键，是基础教育一线一场极具意义的微创新，正是这一系列的微创新组成了伟大的教育领域的改革。