Дольше всех вузом руководил Александр Воробьев — 26 лет, с 1944 по 1970 годы, а меньше всех — семь месяцев, с июля 1920-го по январь 1921-го — ректором был Яков Михайленко.
Первым директором Томского технологического института (ТТИ) в 1896-1907 годах был Ефим Зубашев, химик, ученик Дмитрия Менделеева. В 1907-1911 годах этот пост занимал математик Владимир Алексеевский, читавший студентам курс теоретической механики.
В 1911-1916 годах ТТИ возглавлял специалист в области паровозостроения Николай Карташов, в 1916-1919 годах — Иван Бобарыков, ставший первым деканом механического отделения, в 1919-1920 годах — преподаватель математики и механики Александр Угаров.
В 1920-1921 годах вуз возглавлял Михайленко, приглашенный на должность заведующего кафедрой общей и аналитической химии. Затем вуз до 1930 года возглавил Владимир Гутовский, основатель сибирской школы инженеров-прокатчиков, специалистов по обработке металлов давлением. При нем вуз был переименован в Сибирский технологический институт (СТИ) имени Феликса Дзержинского.
В 1930-1934 годах ректором СТИ стал 27-летний бывший рабочий Сергей Калмыков, в 1934-1936 годах — инженер Алексей Кашкин, в 1936-1937 годах — бывший рабочий, комсомольский и партийный деятель Александр Нестеров.
Одиннадцатым ректором вуза в 1937-1939 годах стал еще один партийный деятель Дмитрий Гаршенин. В 1939 году переименованный в Томский индустриальный институт (ТИИ) вуз возглавил Константин Шмаргунов, разработавший электрический отбойный молоток, которым работал Стаханов. Он руководил вузом до 1944 года.
В 1944-1970 годах теперь уже Томским политехническим институтом (ТПИ) руководил физик Воробьев, создавший научную школу по физике диэлектриков. В 1970-1981 годах ТПИ руководил ученик Воробьева, физик Иван Каляцкий.
В 1981-1990 годах политехнический институт возглавил профессор Иван Чучалин, физик, первый директор НИИ ядерной физики, электроники и автоматики при ТПИ (1958-1968), научный руководитель объекта "Сириус".
В 1990 ректор впервые был избран на учебном совете на конкурсной основе — им стал профессор Юрий Похолков. При нем институт был преобразован в Томский политехнический университет. Похолков был трижды переизбран на должность ректора и руководил им до 2008 года.
В 2008 году вуз возглавил профессор Петр Чубик. Под его руководством вуз получил статус Национального исследовательского университета. В 2013 году ТПУ по результатам конкурса Минобрнауки был отобран в число 15 российских вузов, которым будет оказана государственная поддержка в продвижении в топ-100 лучших мировых университетов.
