Ее возглавлял Николай Гурьевич Четаев, создавший в стенах института научную школу общей механики. В 1940 году Н.Г.Четаев переведен на работу в Москву на должность зам. директора (с 1944 г.- директор) института Механики АН СССР, в 1943 году был избран членом – корреспондентом АН СССР.

С 1933 года институт один из первых среди авиационных вузов страны начал издавать сборники научных статей, получивших название «Труды КАИ», регулярно выпускавшиеся и ставшие авторитетным научным изданием. В 1933 году начались защиты кандидатских диссертаций преподавателями института, первым защитился Г.В.Каменков, ставший впоследствии ректором КАИ, с 1949г. – проректор, ректор МАИ. В 1937 году состоялись первые защиты докторских диссертаций Г.В.Каменковым, Х.М.Муштари, И.Г.Малкиным. Вместе с теоретическими исследованиями в институте успешно велись и конструкторские разработки. В 1933 – 1939 годах в ОКБ КАИ создана серия одно- и двухмоторных самолетов, в которых были воплощены новые для того времени идеи и конструктивные решения (зависающие элероны, убирающиеся шасси, упругое крыло и др.). На этих самолетах был установлен ряд официальных рекордов.

В 1939 году в КАИ открыт моторостроительный факультет( первый декан – Чусляев А.А.). Заведующим кафедрой авиадвигателей стал С.В.Румянцев, впоследствии ректор КАИ, затем зам. министра высшего образования СССР, ректор Университета Дружбы Народов имени Патриса Лумумбы.

В годы Великой Отечественной войны на площадях института работал ряд подразделений и лабораторий Института Физики АН СССР, ЦАГИ, Летно – исследовательского института (ЛИИ), Научно – исследовательского института ГВФ, а также весь состав Харьковского авиационного института. В период с 1941 по 1943 год в стенах КАИ работали ведущие ученые - аэродинамики А.А.Дородницин, С.А.Христианович, В.В.Струминский во главе с будущим президентом АН СССР М.В.Келдышем.

В 1945 году в институте была организована первая в вузах страны кафедра реактивных двигателей, на заведование которой был приглашен будущий академик В.П.Глушко – основоположник отечественного ракетного двигателестроения, в числе первых ее преподавателей были С.П.Королев, впоследствии главный конструктор ракетно – космических систем страны, профессор Г.С.Жирицкий, именем которого назван один из кратеров Луны.

В 1951 году в институте был открыт новый факультет авиационного приборостроения, (первый декан – Максимов В.В.), в 1952 году был создан факультет авиационной радиотехники, который вскоре стал крупнейшим в институте (первый декан – Поповкин В.И.).

В середине 50-х годов набрали полную силу и завоевали всесоюзную известность научные школы: устойчивость движения, прочности авиационных конструкций, оптимальных процессов, авиационного двигателестроения, прогрессивных технологических процессов и др. Свидетельством признания их авторитета явилось то, что в 1956 году в КАИ был образован Совет по присуждению ученой степени доктора наук.

В 1958 году было принято решение о выпуске в стране новой научной серии журналов «Известия высших учебных заведений», издание одной из серий - «Авиационная техника» было поручено институту. Этот журнал и сегодня распространяется в 30 странах мира (Великобритания, Франция, Германия, Италия, Канада, Япония и др.), а также полностью переводится на английский язык и издается в США под названием « Soviet Aeronautic». В 1967 году за большие заслуги в подготовке инженерных кадров и развитие научных исследований институт награжден орденом Трудового Красного Знамени.

В 1972 году был открыт факультет вычислительных и управляющих систем (первый декан – Кожевников Ю.В.). В 1973 году институту было присвоено имя выдающегося советского авиаконструктора А.Н.Туполева. В марте 1982 года в честь 50-летнего юбилея институт был награжден орденом Дружбы народов.

В 1987 году впервые в вузах города на альтернативной основе состоялись выборы ректора института. Им стал профессор Г.Л.Дегтярев. В 1991 году в институте основан новый факультет управления, экономики, финансов и предпринимательства (первый декан – Сиразетдинов Т.К.). 

В 1992 году Казанский авиационный институт преобразован в Казанский государственный технический университет (КГТУ). 
Став техническим университетом, КАИ значительно расширил спектр направлений и специальностей высшего образования.

В 1995 году в университете создан гуманитарный факультет (первый декан – Сабирова Д.К.), в 2000 году – факультет физико – математической подготовки (первый декан – Гараев К.Г.), в 2003 году – факультет экономической теории и права (декан Хасанова А.Ш.) и факультет психологии и делового администрирования (декан Габдреев Р.В.).
В 1999 году на базе факультетов летательных аппаратов и двигателей летательных аппаратов основан институт авиации, наземного транспорта и энергетики (ИАНТЭ). Первый директор– Дрегалин А.Ф. В институте (ИАНТЭ) и на всех факультетах действует многоуровневая система подготовки специалистов, которая включает в себя подготовку специалиста – инженера (5 – 5,5 лет обучения), бакалавриат (4 года) и магистратуру (6 лет). 

В 2003 году на базе радио технического факультета был образован институт радиоэлектроники и телекоммуникаций (ИРЭТ), директор Щербаков Г.И.

КГТУ (КАИ) им. А. Н. Туполева сегодня – крупный многоотраслевой учебно – научный комплекс. В составе университета работают 11 филиалов в городах Татарстана и Поволжья: Волжске, Альметьевске, Бугульме, Зеленодольске, Елабуге, Набережных Челнах, Чистополе, Нижнекамске, Заинске, Лениногорске, Вятских Полянах. Сегодня в КГТУ(КАИ) на всех факультетах и в филиалах обучается около 15000 студентов.

В 1992 году был создан Центр Непрерывного образования (ЦНО) – первый директор Ватолин А.К. В структуре ЦНО – Институт повышения квалификации и переподготовки преподавательских кадров ( создан в 1994 г., первый директор-Сабирова Д.К.), факультет предвузовской подготовки (создан в 1989г.,первый директор – Одиноков М.Ю.), 25 центров и 4 группы подготовки. Повышение квалификации ведется по 63 программам, получение второго высшего образования – по 9 программам.

Научный потенциал университета составляют: 58 кафедр, 57 отраслевых и 
проблемных лабораторий, 10 научно – технических центров, 3 университетских НИИ, экспериментально – опытное производство.
Здесь трудятся более 3000 преподавателей, научных работников и инженеров, в том числе свыше 120 докторов наук и профессоров, среди них 17 академиков и членов – корреспондентов РАН, Академии Наук Татарстана и Международной академии наук высшей школы, более 700 докторов и кандидатов наук.

Международные связи КГТУ – КАИ зародились в 1937 году, когда группа преподавателей – сотрудников ОКБ – КАИ выезжала во Францию для ознакомления с производством на авиационных заводах фирмы «РЕНО». С 1947 по 1955 год в КАИ обучались иностранные студенты и аспиранты из Албании, Болгарии, Венгрии, Китая, Северной Кореи, Польши, Румынии, Чехословакии.

После сорокалетнего перерыва, с 1996 года в КГТУ вновь возобновилась подготовка иностранных студентов и аспирантов. К настоящему времени по разным программам здесь прошли обучение студенты из Турции, Ливана, Сирии, Иордании, Кореи, Индии, Пакистана, Китая, Палестины, Ливии, Германии, США. Активно развиваются научные и образовательные связи с университетами Бразилии, Германии, Испании, Китая, Ливии, США, Франции и других стран. Координацию взаимодействия с международными научными и образовательными центрами осуществляет Управление международных связей. 

В составе научно-исследовательской части университета: НИИ физико-химических процессов, НИЦ проблем прочности, НИЦ прикладной радиоэлектроники, НИИ проблем Светомузыки, более 50 научно-исследовательских лабораторий и студенческих КБ, технопарк.

На базе университета функционируют: Центр энергосберегающих технологий Республики Татарстан, Головной аттестационный центр по сварке для Республики Татарстан, Марий Эл, Чувашии; научно-исследовательский центр CALS-технологий и управления качеством; Региональный инновационный научный центр Республики Татарстан и отделение Агентства Республики Татарстан по поддержке малого предпринимательства; филиал Российского государственного университета инновационных технологий и предпринимательства.

В 2001 году на ассоциативной основе был создан Открытый Технический Университет Татарстана. По мимо нашего университета в него вошли Камский политехнический институт, шесть техникумов, шесть НИИ и КБ. Такое содружество позволяет решать ряд важных задач, в частности, реализацию концепции непрерывного образования. Кроме того, у соучредителей открытого университеты более широкие возможности для переподготовки преподавателей и специалистов, повышения их квалификации, решения научно-технических проблем, вопросов трудоустройства выпускников и подбора кадров.

В 2009 году университет победил в конкурсном отборе среди университетов Российской Федерации по проекту «Национальный исследовательский университет», в числе тридцати лучших университетов России.

Сегодня КНИТУ-КАИ - крупный учебно-научно-инновационный комплекс, уверенно занимающий место среди лучших технических университетов России.