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  Caltech是自1891年由地方商人和政治家Amos G. Throop在帕薩蒂納建立的一所職業中學發展而來的。  該校在1920年獲得正式校名之前,接連著稱為 Throop University、 Throop Polytechnic Institute and Manual Training School 以及 Throop College of Technology。  1907年,學校被解散,成為一所獨立的職業中學。  驅動加州理工從一所藝術和手藝的學校成為世界級科學中心的力量源自天文學家喬治·海爾的先見之明。海爾在於1907年來到帕薩蒂納後加入了Throop的校董會,作為威爾遜山天文臺的首任臺長。當時美國的科學研究還處於嬰兒期,海爾看到了在帕薩蒂納建立一個正式的工程和自然科學教育的學院的機會。海爾成功地吸引到私人的土地和資金贊助,使得他能夠給學校建立裝備良好的現代實驗室設施。然後他說服了實驗物理學家羅伯特·密立根加入加州理工學院,為將來把學校建設成為科學技術的中心奠定了基礎。

  1917年,海爾僱了建築設計師來製作一個的校園的總設計圖。Goodhue構想了校園的整體佈置並設計了物理樓、Dabney廳和其他一些建築,他在其中尋求和當地氣候、學校的特色以及海爾的教育哲學的一致性。Goodhue為加州理工作的設計也受到南加州傳統的西班牙使團建築結構的影響。  在海爾、Noyes、和密立根的帶領下,並在南加州經濟繁榮的促進下,加州理工學院的聲譽在1920年代得以迅速提升。1923年,密立根榮獲諾貝爾物理學獎。1925年,學校設立地質學系並僱威廉·貝內特了——哈佛大學的歷史、政治和經濟學分部的主席,來創立加州理工的人文和社會科學系。1928年,生物學系在托馬斯·亨特·摩爾根的領導下創立,他是美國最出色的生物學家,並是染色體的發現者之一。1926年,航空術研究生院創立,它最後吸引到了馮·卡門,他後來為噴氣推進實驗室的創立作出了貢獻,並且奠定了加州理工作為火箭科學的前沿中心之一的地位。1928年,帕洛瑪天文臺開始建造。

  在1950至1970年代,加州理工學院以兩名很可能稱得上當時最偉大的理論粒子物理學家所在的學校而聞名:蓋爾曼和費曼。蓋爾曼和費曼都因他們的工作榮獲諾貝爾獎,該工作對於粒子物理所謂“標準模型”的建立有主要貢獻。費曼也在物理圈子外作為一個出色的教師和一個富於反傳統色彩的人物而出名。

  在2008年秋,新生有42%是女性,這是加州理工學院自招生以來的一個新紀錄。同年,該校簽訂了一項六年的募捐活動。該活動向一萬六千個捐獻者募集超過14億美元的資金作為支援加州理工學院的研究計劃。

  

  加州理工只有兩千名學生,是一所小型的理工學院。2018/19屆學生中,本科生中女性佔45%,研究生中佔29%。

  截止2019年10月,加州理工學院的校友、教授及研究人員中,共有74位諾貝爾獎獲得者,包括20位校友、21位教授。其中萊納斯·鮑林曾獲得化學和和平獎各一次。  除了諾貝爾獎之外,加州理工也有1位校友(斯坦尼斯拉夫·斯米爾諾夫)獲得菲爾茲獎(數學界的諾貝爾獎),1位同時也是校友的教授()獲得沃爾夫數學獎,7位教授和校友獲得瑞典皇家科學院的克拉福德獎,57位校友獲得美國國家科學獎章,13位校友獲得。  目前為止,加州理工有112位教授獲選為美國國家學院院士。其他著名學者,包括曾作為博士後的巴巴拉·麥克林托克、詹姆斯·杜威·沃森、謝爾登·格拉肖和現代電腦科學先驅高德納以及訪問教授的愛因斯坦和威騰等人都和加州理工有關。

  喜劇影片《》和電視劇《數字搜查線》大致基於加州理工所發生的一些事件。  美劇《生活大爆炸》中的科學家均就職於加州理工學院。  美劇《摩登家庭》中Phil的二女兒Alex就讀於加州理工學院
加州理工學院(英語:California Institute of Technology,縮寫:英語:Caltech)是一所位於美國加利福尼亞州帕薩迪納的私立研究型大學,建立於1891年,以自然科學及工程學著稱,常被評為世界前十的大學之一。