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  "系統工程"一詞,可以追溯到1940年代的貝爾實驗室 。為了去識別和操控一個系統的整體特性〈對於複雜的工程專案而言,可能遠大於這些零部件特性的總合〉的需求,激發了各種產業〈特別是那些為美國軍方開發系統的企業〉來採用這門學科。  當依賴設計進化來改善一個系統已經不再可能,現有工具也無法滿足日益增長的需求時,因而開始發展出一些可直接處理複雜度的新方法。系統工程的持續進化,包括新方法和建模技術的發展與確認。隨著工程系統更趨於複雜化,這些方法有助於更好的理解、以及設計與發展的管控。在系統工程領域時常被使用的工具,大多於這個時期被開發出來,包括 通用系統語言(USL)、統一塑模語言(UML)、品質機能展開(QFD)、和IDEF0。  在1990年代,由一群來自美國企業和機構的代表創立了一個系統工程的專業協會:「美國國家系統工程協會」(NCOSE),其創立宗旨為推動改進系統工程實務和教育,也促進了美國以外地區從事於系統工程人員的成長,因此於1995年更名為國際系統工程協會(INCOSE)。許多國家的學校提供系統工程的研究生課程,也提供實習工程師的進修教育選項。

  系統工程原本僅僅意味工程上的一個方法,最近則為一門學科。系統工程教育的目標,乃將各種方法簡單地正式化,並藉此尋找新方法和研發機會,與發生於其他工程領域的情況類似。系統工程是一個整體性、跨學科的方法。

  工程的傳統範圍:包括實體系統的概念、設計、開發、生產、和運作。系統工程的原始構想,也落於此範圍內。系統工程的名詞意義,與為了在時程、成本、和其他限制之下,因應史無前例的規模、與複雜度的功能系統的工程挑戰,而發展出來的一套獨特的概念、方法論、組織架構... 等等相關聯。阿波羅計劃是系統工程專案最為重要的範例。

  系統工程一詞的使用,隨著時間的推移,逐漸納入更寬廣、更為整體性觀念的系統和工程流程。定義的演變,也成為爭論的主題,這個名詞仍持續應用於較為狹窄、和較為廣泛的範圍。  在古典意義上,傳統的系統工程被視為工程的一個分支,也只應用於實體的系統,例如:太空飛船和飛機。最近,系統工程進化為承載著更為寬廣的意義,特別是將人類視為一個系統的必要組成元件。  例如,英國學者彼得‧切克蘭德〈Peter Checkland〉就抓住了系統工程更寬廣的意義,他說明:「工程可以在一般的意義上解讀;你可以“策劃”〈engineer〉一個會議,或“策動”〈engineer〉一個政治協定」。  和系統工程更寬廣的範圍一致,「系統工程知識體系」〈SEBoK〉定義了三種形式的系統工程:〈一〉產品系統工程〈PSE〉為傳統的系統工程,專注於包括軟體和硬體的實體系統的設計。〈二〉企業系統工程〈ESE〉為企業的觀點,亦即把組織、或許多組織的組合視為系統。〈三〉服務系統工程〈SSE〉與服務系統的工程有關,英國學者彼得‧切克蘭德〈Peter Checkland〉定義服務系統〈Service System〉為一個被設想為服務另一個系統的系統,大部分的民用基礎設施系統皆為服務系統。

  系統工程專注於:在開發週期的早期階段,分析引出客戶的需要與必需的功能性,將需求檔案化,然後在考慮完整問題〈也就是系統生命週期〉期間,進行設計綜合和系統驗證,包括牽涉利害關係人所充分了解的全部事項。奧立佛... 等人主張系統工程流程可以分解成:  在奧立佛的模型內,管理流程的目標在於籌備生命週期中有組織的技術活動;而技術流程則包括"估算可利用的資訊"、"定義效益的衡量"、"建立行為模型"、"建立結構模型"、"執行取捨分析"、"建立順序構建與測試計劃"。  根據它們的應用,雖然在工業界有許多的模型可以使用,它們均旨在鑑定前述各個階段之間的關係,並將回饋包括在內。此類模型的範例包括瀑布模型和V模型。

  系統開發經常需要來自多種技術學科的貢獻。系統工程藉由提供一個開發工作的系統〈整體〉觀點,幫助將所有技術貢獻者籌組成為一體的工作團隊,建立一個從概念、生產、運作、到(在某些情況下)終止與除役的結構化開發流程。在系統取得過程,於涵蓋該專案完整生命週期、並且維持可接受程度風險的期間,整體整合學科結合了貢獻、以及成本、時程、和效能之間的平衡取捨。  此觀點經常在教育學程中被複制,系統工程的課程乃由許多工程系所的教師來講授,可以有效地協助建立一個跨學科的學習環境。

  隨著系統和專案的複雜度增加,系統工程的需求也大幅提升。本文所謂的複雜度,不只是針對工程系統,也包括邏輯性人事組織的資料;同時,由於規模增大,系統變得更復雜,資料數量、變因、或涉及設計的領域數目... 等也隨之增加。 國際太空站就是此類系統的範例。  更聰明控制演算法開發、微處理器設計、和環境系統分析... 等,也在系統工程的範圍之內。系統工程鼓勵使用工具和方法,更能理解和管理系統的複雜度。這些工具舉例如下:  採取跨學科方式的工程系統,本身就很複雜;因為系統零元件的運轉狀態、以及彼此間的相互作用,通常無法立刻被適當地定義、或瞭解。定義和描述此類系統、次系統、以及其彼此之間相互作用的特點,是系統工程的目的之一,也為來自使用者、操作者、行銷機構、和技術規範... 等的認知差距,成功地搭起了溝通的橋樑。

  欲一窺系統工程背後所隱藏的動機,可以視其為一種方法、或實踐行動,來鑑別和改善現存於各種系統之內的通則。請牢記,系統工程原則(整體論、緊急行為、界線... 等等)可以應用於任何系統、複雜度、或以其他方式,提供可利用在各個層級的系統思維。除了國防和太空之外,許多資訊科技企業、軟體開發公司、和電子通訊產業也需要系統工程師成為他們團隊的一員。  由國際系統工程協會〈INCOSE〉的系統工程精進中心〈SECOE〉分析指出:投入系統工程的最佳比例,大約是佔整個專案的15~20%;同時,有研究顯示系統工程除了其他好處之外,實質上也可導致成本降低。然而,直到最近才開始進行涉及多種產業的大規模定量調查,這樣的研究正在進行中,以決定系統工程的效能,並量化其利益。  系統工程鼓勵使用建模與模擬,以驗證系統的假設或理論,以及他們的相互作用。  在安全工程中,允許可及早偵測可能失效所使用的方法,已經被整合到設計過程中。同時,在專案起始階段所做的決策,卻無法清楚理解其後果者,在系統壽命後期可能造成巨大的衝擊。現代系統工程師的任務,就是去探討這些議題,並作出關鍵性的決定。沒有一種方法可以保證今日的決定,在一個系統從最初構想到投入服務,持續數年、或數十年之後仍然有效。不過,仍有許多支援系統工程程式的技術。例子包括:軟系統方法論、系統動力學方法、和統一塑模語言(UML)。這些方法目前都正在探索、評估和開發,以支援工程決策程式。

  系統工程教育往往被視為正規工程課程的延伸,這反映了產業的態度,也就是工程學生需要在傳統的工程學科(如航太工程學,土木工程學、電機工程學、機械工程學,製程工程學,工業工程學)之一的基礎背景,加上實務的、現實世界的經驗,以成為有效用的系統工程師。在大學本科開設系統工程課程並不多見,通常是在研究生階段提供系統工程學課程,並與跨學科研究相結合。  INCOSE維護一個不斷更新的全世界系統工程學術課程目錄。截至2009年,在美國大約有80個學院提供165個系統工程的本科和研究生學程。系統工程教育可以作為"以系統為中心"、或"以領域為中心"。  這兩種模式都力求教育系統工程師成為能夠俯瞰跨學科專案、並具有必要深度的核心工程師。

  系統工程工具是有助於執行一個專案或產品的系統工程的策略、程式、和技術。這些工具的目的,依資料庫管理、圖形瀏覽、模擬、和推理,到文件生成,中性輸入/輸出、以及更多的不同而異。

  在系統工程的領域中,何謂系統有許多的定義。以下是一些較具權威的定義:

  根據他們的應用,在系統工程流程的各個階段使用不同的工具

  在系統工程中模型發揮重要和多種角色。一個模型可以有多種定義,包括:  總之,這些定義很廣泛,足以涵蓋系統設計驗證所使用的實體工程模型,以及圖示模型(就像使用於取捨研究過程中的功能流程方塊圖和數學(定量)模型)。本文側重於後者。  在取捨研究中使用數學模型和數學圖表的主要原因,系提供系統效益、效能或技術屬性、一組已知或可估計數量的成本估算。通常需要一批個別模型來提供這些結果變數。任何數學模型的核心,係為其輸入和輸出之間一套有意義的定量關係。這些關係可以簡單到合計成分數量以獲得總數,或複雜到要用一套微分方程式來描述在一個重力場中的宇宙飛船飛行軌跡。理想情況下,這些關係表達了因果關係,而不僅僅是相關性。此外,系統工程活動的成功關鍵,也在於這些模型的方法被有效地管理,並且使用來模擬系統。不過,多種的領域往往造成反覆出現的系統工程建模與模擬問題,新的進展是在「建模與模擬系統工程」標題下,正瞄準於不同的科學和工程社群間相互交流、共同成長的方法。

  首先,當一位系統工程師的主要目的是去理解一個複雜問題時,系統的圖形表示被用來傳遞系統功能和資料的需求。常見的圖形表示包括:  圖形表示透過功能、資料、或介面,使系統的各個子系統、或部件相互關連。上述任何方法被使用於產業,是基於產業的需求。例如,N平方圖可使用於各系統之間的重要介面。設計階段的一部分,就是去建立系統的結構和行為模型。  一旦需求被理解,系統工程師的責任就是去改善它們,並與其他工程師一起決定最好的工作技術。在取捨研究的起始點,系統工程鼓勵使用加權選擇來決定最佳選擇。一個決策矩陣〈或Pugh方法〉是一種方式(品質機能展開是另一種),在同時考慮所有重要的標準時可作出這個選擇。取捨研究則反過來通知設計,(不改變需求下)將再度影響圖形表示。在系統工程過程中,這個階段代表執行反覆的步驟,直到找到可行方案為止。決策矩陣常用的技術,例如:統計分析、可靠度分析、系統動力學(回饋控制)、以及優化方法。

  系統建模語言(SysML)是系統工程應用所使用的一種建模語言,可支援一個範圍廣泛的複雜系統的規格、分析、設計、驗證、和確認。  生命週期建模語言(LML)是一個設計給系統工程使用的開放標準建模語言,可支援完整的生命週期:概念、採用、支援、和除役階段。

  許多相關領域可能被認為與系統工程緊密結合,這些領域貢獻於將系統工程發展成為一個獨特的實體。
系統工程是一個跨多學科領域的工程學和工程管理,通常專注於如何設計、開發和管理在其生命週期內的複雜系統。系統工程的核心繫利用系統性思考的原則,以建構其知識體系。當處理大型、複雜的專案時,所面臨的相關議題(例如:需求工程、可靠度、物流、不同團隊的協調、測試與評估、可維修性、和許多其他能夠成就係統開發、設計、執行、和最終除役的學科)變得更加困難。系統工程藉由工作流程、優化的方法、以及風險管理等工具來處理此一型別的專案,並且與技術、和以人為本的學科相互重疊(例如:工業工程、機械工程、製造工程、控制工程、軟體工程、電機工程、模控學、組織研究、以及專案管理)。系統工程確保專案或系統的各個層面均被詳加考慮、並整合成為一體。