Sejarah Departemen, diawali dari Proyek Nasional pendirian Prodi Diploma Tiga pada Fakultas Non Gelar Teknologi (FNGT) Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Bidang Teknik Kimia pada tahun 1985. Kemudian mengalami perubahan organisasi pada tahun 1991, berdasarkan Surat Keputusan Menteri Pendidikan dan Kebudayaan Nomor: 1312/O/1991, tentang peleburan Prodi-Prodi dibawah koordinasi FNGT. Sehingga Prodi Diploma Tiga Teknik Kimia berintegrasi ke Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri (FTI), tanpa mengubah tujuan pendidikan, yaitu memenuhi kebutuhan tenaga vokasi atau tenaga teknis profesional tingkat menengah di Industri Kimia. Setelah 26 tahun di bawah koordinasi FTI, pada tahun 2017 Prodi Diploma Tiga Teknik Kimia berada dalam pengelolaan Departemen Teknik Kimia Industri yang bergabung bersama dengan Departemen-Departemen yang mengelola Prodi diploma di ITS dalam koordinasi Fakultas Vokasi (FV).

Setelah mengelola Prodi Diploma Tiga selama 35 tahun, pada tahun 2019 DTKI bersama dengan seluruh Departemen-Departemen di FV membuka Prodi Sarjana Terapan Teknologi Rekayasa Kimia Industri (TRKI) yang mempersiapkan lulusan memiliki keterampilan bidang Teknologi Rekayasa Proses Berkelanjutan (TRPB).